Litovski Center za fizikalne znanosti in tehnologijo (FTMC) je v sodelovanju z mednarodnimi partnerji predstavil raziskavo, ki umešča baker v povsem novo vlogo v področju ultravijolične površinsko okrepljene Ramanove spektroskopije (UV SERS).
Rezultati, objavljeni v Advanced Optical Materials in izpostavljeni na zadnji platnici revije, nakazujejo, da bi lahko kovina, ki je bila doslej v UV spektru obravnavana kot neprimerna, postala ključni element prihodnjih diagnostičnih senzorjev za prepoznavanje kožnih malignih sprememb v zgodnji fazi.
Že v začetku projekta se je ekipa iz FTMC zavedala, da stopa na manj raziskano znanstveno območje. V Centru so poudarili, da „področje, ki smo si ga izbrali, ostaja skromno obdelano in v globalnem merilu pritegne zelo malo raziskovalcev“. Ta vrzel pa se je izkazala za priložnost, saj prav UV SERS omogoča selektivnejše opazovanje molekul, ki so zaradi nizke mase običajno izjemno težavne za zanesljivo identifikacijo.
Ramanova spektroskopija je dobro uveljavljena metoda za preučevanje molekularnih vibracij, vendar selektivnost pri nizkomolekulskih biomarkerjih pogosto ostaja izziv. Pri Center for Physical Sciences and Technology so spomnili, da „številne biološko pomembne molekule močneje absorbirajo UV-svetlobo kot druge komponente tkiva“, kar pomeni, da lahko svetloba na krajših valovnih dolžinah bistveno okrepi Ramanove signale. Toda izziv ostaja enak: potrebni so nanodelci, ki lahko tak signal stabilno ojačajo.
V FTMC so zato testirali nanostrukture različnih kovin. Preboj je prišel, ko je raziskovalna skupina prejela vzorce iz laboratorija dr. Vladimirja Sivakova, mednarodnega partnerja projekta. Med njimi so bili tudi bakreni nanodelci – material, ki ga večina strokovnjakov ne bi uvrstila med kandidate za UV SERS.
Rezultat je bil presenetljiv. Pri Center for Physical Sciences and Technology so opisali, da „bizmut sploh ni deloval, baker pa se je izjemno dobro odzval na UV-svetlobo“.
Odziv ni temeljil na dobro poznanem elektromagnetnem ojačanju, značilnem za plemenite kovine, temveč na kemičnem mehanizmu, ki se sproži, ko se molekula adsorbira na kovinsko površino. Tak proces lahko ustvari izrazito resonančne učinke in posledično močno povečan signal.
Molekularni vzorci in spektralni podpis
Pri natančnejših analizah so raziskovalci ob bakru preučevali aromatske spojine z nizko molekulsko maso, med njimi adenin. V Centru so navedli, da „smo z bakrom lahko zanesljivo zaznali aromatske spojine, kot je nukleobaza adenin, delci pa so ostali stabilni več mesecev“. Stabilnost nanostruktur v UV-svetlobi je ena izmed ključnih prednosti, saj omogoča ponovljivost rezultatov – element, ki je nujen za prenos laboratorijskih tehnologij v medicinsko prakso.
Profesor Gediminas Niaura je ob tem dodal, da „adsorpcija molekule spremeni njeno elektronsko strukturo in okrepi interakcijo z UV-žarkom prek resonančnih učinkov, kar lahko signal poveča daleč bolj, kot bi to dosegli brez kovinske površine“. Prav to preseganje pričakovanj daje bakru položaj materiala, vrednega nadaljnjih raziskav.
Vizualna predstavitev rezultatov, ki jo je revija izpostavila na zadnji platnici, prikazuje silicijev substrat, prekrit z bakrenimi nanodelci, ter pripadajoče spektralne podatke adenina, ki se v UV SERS odzovu izrisujejo v izrazito ločljive vibracijske vrhove.
Od laboratorija do diagnostičnih naprav
Končni cilj litovske skupine je zasnovati biosenzor, ki bi omogočal zgodnje odkrivanje raka kože z minimalno invazivnimi postopki. Predlagana metoda temelji na preprostosti: površino kože bi prebrisali z navlaženo gobico, molekule z odvzema pa prenesli na pripravljeni vzorec z nanodelci. Ti bi bili osvetljeni z UV-svetlobo, kar bi omogočilo hitro prepoznavo spektralnih označevalcev.
V Centru so poudarili, da „je naš cilj uporaba UV SERS kot diagnostične metode za hitro in zanesljivo prepoznavanje spektralnih markerjev raka“, pri čemer vidijo potencial tudi za uporabo med kirurškimi posegi, kjer bi lahko zdravniki prejeli povratno informacijo skoraj v realnem času.
Ob tem raziskovalci že načrtujejo razširitev kovinskega nabora. Pri Center for Physical Sciences and Technology so dodali, da „po objavi članka preučujemo tudi druge kovine, hkrati pa razvijamo kompozitne nanodelce iz bakra in magnetnih komponent, ki bi omogočile boljši nadzor nad odlaganjem in čiščenjem vzorcev“.
Foto: Freepik
