Spettroscopia Raman potenziata dalla punta: Trasformare le scienze analitiche

"Vedere per credere" è spesso una frase comunemente usata nei corridoi scientifici. La microscopia, quindi, è una magnifica branca che di fatto fornisce ai ricercatori il potere di visualizzare le cose in un modo che prima si pensava fosse impossibile. Nonostante i sofismi coinvolti nell'interpretazione di molte delle immagini ottenute attraverso la microscopia, gli scienziati e il pubblico in generale, cadono sempre per le prove visive che dettagliano la complessità di una cellula o una molecola o una nanoparticella. L'avvento di tecniche di microscopia a base di elettroni come la Scanning Tunnelling Microscopy ha ulteriormente permesso ai ricercatori di addentrarsi nel mondo degli atomi. In altre parole, queste tecniche hanno reso possibile persino guardare le molecole con risoluzione atomica.

The charm of an image detailing the components of a complicated system, say a DNA molecule, is enduring, however the flip side is that spectroscopic characterization of the sample is essential to understand the events happening at the microscopic or nanoscopic scale. Spettroscopia and microscopy should therefore go hand in hand, and scientists as early as in 1985 have suggested combining scanning probe techniques with methods like Raman or Infrared spectroscopy to get simultaneous information of the topography as well as the chemical nature. Spettroscopia Raman potenziata dalla puntaIl metodo TERS, abbreviato popolarmente come TERS, è uno di questi metodi che combina la microscopia a forza atomica o STM con la spettroscopia Raman. Questa combinazione unica dà allo scienziato analista la possibilità di guardare la superficie in dettaglio ottico, topografico e chimico. In precedenza, si pensava che fosse impossibile visualizzare un oggetto con dimensioni inferiori alla metà della lunghezza d'onda della luce. Questo limite è generalmente noto come limite di Abbe. La TERS però rompe questo limite rendendo possibile la risoluzione a livello molecolare con il vantaggio aggiunto delle informazioni chimiche. Il meccanismo in un guscio di noce è mostrato nello schema.

Schema di un setup TERS impiegato per l'analisi degli acidi nucleici. Riprodotto da Riferimento (link)

Nella tecnologia TERS, un campo nanometrico localmente potenziato nelle immediate vicinanze dell'apice della punta metallizzata viene generato sotto l'illuminazione della luce laser incidente come fonte di eccitazione locale nella scala nanometrica. Può essere usato per eccitare localmente il segnale ottico del campione e produrre lo scattering Raman solo dal nano-volume in prossimità dell'apice della punta. L'apice della punta è il dispositivo chiave in TERS come local-scatter, che migliora e diffonde il campo evanescente localizzato al campo lontano per essere raccolto e rilevato. Garantisce l'elevato miglioramento e la risoluzione oltre il limite di diffrazione. In sostanza, TERS è in grado di registrare immagini di risoluzione submolecolare che contengono la firma spettrale di ogni punto sondato dalla punta.

Prof. Volker Deckert e collaboratori (dell'Università Friedrich Schiller di Jena, Germania) hanno usato la TERS per sequenziare una molecola di RNA. L'applicazione della TERS agli acidi nucleici è stata una rivelazione perché permette la risoluzione di singole nucleobasi molto distanziate (vedi schema). Un altro gruppo del Politecnico di Zurigo guidato da Prof. Renato Zenobi ha ampiamente caratterizzato gli spettri Raman del DNA. Questi studi possono ora potenzialmente portare a capire le interazioni del DNA con molecole come proteine, farmaci antitumorali, ecc. In un altro segnalareLo studio TERS di Amyloid β, (un derivato proteolitico secreto della proteina precursore dell'amiloide che è un fattore critico nel "fallimento sinaptico" precoce che si osserva nella patogenesi della malattia di Alzheimer) è stato effettuato, mostrando così l'immensa applicabilità di TERS a domini inesplorati della biologia.

Nonostante le sfide che comporta rendere la TERS una tecnica analitica di routine, il suo futuro per gli studi biologici appare più luminoso che mai. Per concludere, la proverbiale linea "Un'immagine vale più di 1000 parole"sembra adatto per un'immagine TERS, con la leggera modifica che "Un'immagine TERS vale 1000 spettri carichi di informazioni chimiche inestimabili"..

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