Medición instantánea del dicroísmo circular de una nanoestructura

29.03.2022 - China

La conformación 3D de una molécula o nanoestructura determina su función. Por ejemplo, un aminoácido zurdo puede ser beneficioso para la salud, mientras que su compartimento diestro puede ser tóxico. Con las técnicas actuales de obtención de imágenes ópticas, se puede localizar con precisión una molécula o una nanoestructura, pero para resolver su estructura interior en 3D se necesita información espectroscópica adicional. Y la espectroscopia de CD es la técnica más utilizada para este fin. Si se puede combinar la espectroscopia de CD con el método de obtención de imágenes, será posible el seguimiento y el análisis en tiempo real de nanounidades funcionales individuales. Esto conducirá a muchas aplicaciones importantes en el campo de la nanociencia y la biología.

Sin embargo, los actuales espectrómetros de CD se basan en la modulación de la polarización de la luz de excitación y requieren sofisticadas mediciones de varios pasos, lo que impide que el potencial de la espectroscopia de CD se libere plenamente. Para solucionar este problema, en un nuevo artículo publicado en Light Science & Application, un equipo de científicos, dirigido por los profesores Weihua Zhang y Yanqing Lu, de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Nanjing (China), y sus colaboradores han desarrollado una técnica de espectrometría de CD de imagen dispersiva por polarización. El nuevo método opera sobre las señales en lugar de la luz de excitación con la ayuda de una rejilla de polarización de cristal líquido (LCPG) nanopatronada. La LCPG puede dispersar los componentes de polarización circular izquierda/derecha de las señales ópticas en diferentes direcciones con la misma eficacia (eficacia global de difracción >95% a la longitud de onda óptima), lo que permite capturar el espectro de CD con un solo disparo. Con la nueva técnica, estudiaron un sistema modelo, a saber, el par de nanorods plasmónicos acoplados utilizando el modelo de Born-Kuhn y demostraron teóricamente que el nuevo método es equivalente a la espectroscopia CD convencional cuando se utilizan excitaciones no polarizadas.

El componente clave del nuevo espectrómetro de CD es el LCPG. A diferencia de los componentes de polarización convencionales, que suelen ser difíciles de calibrar y sofisticados de utilizar, el LCPG es sencillo, preciso y robusto. Así lo resumieron los científicos:

Nuevo método de alta velocidad para mediciones espectroscópicas

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"El LCPG es una solución ideal para las mediciones relacionadas con la polarización. En primer lugar, su precisión está garantizada por la teoría. Matemáticamente, las fases geométricas variables en el espacio para la luz LCP y RCP generadas por el LCPG están conjugadas. Como resultado, siempre se dividen en el orden ±1 de difracciones con una eficiencia absolutamente igual.

Este comportamiento de dispersión de la polarización es no dispersivo, preciso y altamente eficiente. En segundo lugar, el LCPG es una técnica madura, y los LCPG de alta calidad pueden fabricarse de forma rutinaria en los laboratorios de investigación. Para ser sinceros, nos sorprendió ver que funcionaba tan bien en las mediciones de CD de nanoestructuras individuales".

Otra parte importante de la espectroscopia de CD de una nanoestructura es cómo interpretar los datos y recuperar la información estructural tridimensional interior de la muestra. El artículo estudió un caso especial, los nanorods plasmónicos acoplados, y demostró que los parámetros geométricos están explícitamente relacionados con las características espectrales. Sin embargo, los científicos señalaron que la interpretación del espectro puede ser mucho más complicada:

"El espectro de CD de una sola nanoestructura es muy diferente del resultado de los conjuntos. Además del interior de la nanoestructura, el espectro también está relacionado con su orientación, así como con las geometrías detalladas de excitación y observación. Para comprender plenamente la complejidad, se necesitan teorías más completas. Actualmente estamos trabajando en ello".

Por último, gracias a la eficiencia de difracción cercana a la unidad del LCPG, el espectrómetro de CD de polarización dispersiva es una herramienta perfecta para las mediciones de señales débiles, por ejemplo, la luminiscencia polarizada circular o las dispersiones Raman de nanoestructuras individuales. "Además de las nanoestructuras plasmónicas, también hemos probado el espectrómetro de imagen dispersiva de polarización con luminiscencia de puntos cuánticos individuales, y el sistema funciona perfectamente. Creemos que incluso es capaz de realizar mediciones de CD de una sola molécula. Ése es nuestro gran objetivo", mencionó el profesor Zhang.

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