Espectroscopia infrarroja a escala nanométrica con BESSY II Analizar biomoléculas individuales en un medio acuoso

La espectroscopia IR clásica alcanza sus límites cuando se trata de muestras acuosas. En cambio, con la s-SNOM (microscopía óptica de campo cercano de barrido) es posible obtener imágenes de alta resolución incluso de biomoléculas individuales. Un nuevo estudio ha validado ahora este método en la línea de luz BESSY-II del Centro Helmholtz de Berlín.

En la línea de haz infrarrojo BESSY-II del Centro Helmholtz de Berlín (HZB), los científicos pueden ahora estudiar muestras biológicas minúsculas e incluso biomoléculas individuales en condiciones similares a las de la vida real y con la máxima resolución. Para ello, se ha perfeccionado y validado exhaustivamente la espectroscopia infrarroja a escala nanométrica. Las membranas ultradelgadas a base de silicio permiten realizar el análisis en medio acuoso.

Un equipo internacional dirigido por el Dr. Alexander Veber, experto del HZB, ha demostrado, tras una primera prueba de concepto, que las mediciones de nano-IR en medio acuoso coinciden con los espectros de IR de campo lejano esperados. Este avance metodológico permite ahora obtener una comprensión más profunda de los biomateriales, así como observar procesos catalíticos en entornos líquidos.

Espectroscopia combinada con microscopía de fuerza atómica

La espectroscopia infrarroja (espectroscopia IR) proporciona información sobre numerosas propiedades de muestras (biológicas), moléculas y materia blanda. Sin embargo, dado que requiere un tamaño mínimo de muestra, solo es posible extraer conclusiones estadísticas sobre moléculas individuales. Para estudiar biomoléculas individuales, resulta ideal la espectroscopia a escala nanométrica (microscopía óptica de campo cercano de barrido por dispersión, s-SNOM) con luz infrarroja. En este método, un haz de infrarrojos ilumina la punta de un microscopio de fuerza atómica (Atomic force microscope, AFM) mientras esta explora la muestra. La luz retrodispersada proporciona información óptica local sobre la interacción de campo cercano entre la punta y la muestra, con una resolución de hasta diez nanómetros.

Las membranas como película protectora

Las biomoléculas se encuentran normalmente en entornos acuosos y no son adecuadas para las mediciones clásicas de infrarrojos, ya que el agua absorbe parte de la luz infrarroja. Sin embargo, los primeros estudios de prueba de concepto ya demostraron hace algún tiempo que la técnica s-SNOM puede funcionar en líquido si se utilizan membranas ultrafinas de nitruro de silicio o de carburo de silicio entre la punta del AFM y la muestra ; estas membranas actúan como película protectora y son transparentes en el rango del infrarrojo medio. No obstante, faltaba una prueba comparativa exhaustiva que relacionara estas mediciones locales de campo cercano con espectros de referencia de infrarrojo de campo lejano ya establecidos y conocidos.

Para subsanar esta carencia, un equipo internacional dirigido por el Dr. Alexander Veber llevó a cabo un estudio sistemático con diversas membranas ultrafinas a base de silicio. Consiguieron demostrar que los espectros nano-IR de alta resolución en entornos acuosos se correlacionan directamente con las firmas IR de campo lejano estándar.

«Hemos sometido a pruebas sistemáticas diversas membranas de silicio y hemos analizado las muestras tanto en estado seco como en un entorno acuoso», afirma la Dra. Maria Eleonora Temperini, autora principal del estudio. Entre las muestras se encontraban la albúmina sérica bovina y moléculas de ADN, así como fibrillas de la proteína α-sinucleína, que desempeñan un papel en la enfermedad de Alzheimer.