Espectroscopia Raman mejorada con puntas: La transformación de las ciencias analíticas

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"Ver para creer" es una frase muy utilizada en los pasillos científicos. La microscopía, por tanto, es una magnífica rama que dota a los investigadores del poder de visualizar las cosas de una manera que antes se creía imposible. A pesar de los sofismas que conlleva la interpretación de muchas de las imágenes obtenidas a través de la microscopía, tanto los científicos como el público en general, siempre se enamoran de las pruebas visuales que detallan los entresijos de una célula o una molécula o una nanopartícula. La llegada de las técnicas de microscopía electrónica, como la microscopía de túnel de barrido, ha permitido a los investigadores profundizar en el mundo de los átomos. En otras palabras, estas técnicas han hecho posible incluso observar las moléculas con resolución atómica.

El encanto de una imagen que detalla los componentes de un sistema complicado, por ejemplo una molécula de ADN, es perdurable; sin embargo, la otra cara de la moneda es que la caracterización espectroscópica de la muestra es esencial para comprender los acontecimientos que ocurren a escala microscópica o nanoscópica. Por tanto, la espectroscopia y la microscopia deben ir de la mano, y ya en 1985 los científicos sugirieron combinar las técnicas de sonda de barrido con métodos como la espectroscopia Raman o infrarroja para obtener información simultánea de la topografía y la naturaleza química. Espectroscopia Raman de punta mejorada, popularmente abreviado como TERS es uno de esos métodos que combina la Microscopía de Fuerza Atómica o STM con la Espectroscopía Raman. Esta combinación única ofrece al científico analítico la posibilidad de observar la superficie con detalle óptico, topográfico y químico. Anteriormente, se pensaba que era imposible ver un objeto con dimensiones inferiores a la mitad de la longitud de onda de la luz. Este límite se conoce generalmente como límite de Abbe. Sin embargo, el TERS rompe este límite haciendo posible la resolución a nivel molecular con la ventaja añadida de la información química. El mecanismo en una cáscara de nuez se muestra en el esquema.


Esquema de un montaje TERS empleado para el análisis de ácidos nucleicos. Reproducido de Reference (enlace)

En la tecnología TERS, se genera un campo nanométrico localmente mejorado en las inmediaciones del ápice de la punta metalizada bajo la iluminación de luz láser incidente como fuente de excitación local en la escala nanométrica. Puede utilizarse para excitar localmente la señal óptica del espécimen y producir dispersión Raman sólo desde el nano-volumen en las proximidades del ápice de la punta. El ápice de la punta es el dispositivo clave en el TERS como dispersor local, que mejora y dispersa el campo evanescente localizado hacia el campo lejano para ser recogido y detectado. Garantiza una gran mejora y resolución más allá del límite de difracción. En esencia, el TERS es capaz de registrar imágenes de resolución submolecular que contienen la firma espectral de cada punto sondeado por la punta.

El Prof. Volker Deckert y sus colaboradores (de la Universidad Friedrich Schiller de Jena, Alemania) han utilizado el TERS para secuenciar una molécula de ARN. La aplicación del TERS a los ácidos nucleicos ha sido una revelación, ya que permite la resolución de nucleobases individuales muy espaciadas (véase el esquema). Otro grupo de la ETH de Zúrich dirigido por Prof. Renato Zenobi ha caracterizado ampliamente los espectros Raman del ADN. Estos estudios pueden llevar ahora a comprender las interacciones del ADN con moléculas como las proteínas, los medicamentos contra el cáncer, etc. En otro informeEl estudio TERS del amiloide β (un derivado proteolítico secretado de la proteína precursora del amiloide que es un factor crítico en el "fallo sináptico" temprano que se observa en la patogénesis de la enfermedad de Alzheimer) se llevó a cabo, mostrando así la inmensa aplicabilidad del TERS a dominios inexplorados de la biología.

A pesar de los retos que supone convertir el TERS en una técnica analítica de rutina, su futuro para los estudios biológicos parece más brillante que nunca. Para concluir, la línea proverbial "Una imagen vale más que mil palabras"parece adecuado para una imagen de TERS, con la ligera modificación de que "Una imagen TERS vale más que 1000 espectros cargados de información química de valor incalculable".

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Sobre el autor

Sugosh es actualmente investigador postdoctoral en la KU Leuven (Bélgica). Hizo su doctorado en el Centro de Investigación Atómica Bhabha, en Mumbai (India). Su trabajo de investigación actual se centra en la nanoscopia de marcos orgánicos covalentes 2D en materiales 2D mediante el empleo de técnicas como la microscopía de barrido en túnel, la microscopía de fuerza atómica y, sobre todo, la espectroscopia Raman mejorada con puntas. Cuando no se dedica a la investigación, le gusta la música clásica india y la lectura.

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