Nanofili altamente sensibili rilevano fasci di ioni
I ricercatori sostenuti dai progetti SuperMaMa e ATTRACT, finanziati dall’UE, hanno raggiunto un importante traguardo nella rilevazione di ioni proteici con l’aiuto di nanofili superconduttori. La loro elevata sensibilità energetica consente ai rivelatori a nanofili superconduttori di avvicinarsi al 100 % di efficienza quantistica e di essere fino a 1000 volte più efficienti nel rivelare ioni proteici rispetto ai rivelatori ionici convenzionali. Sono anche in grado di distinguere le macromolecole in base alla loro energia d’impatto, cosa che i rivelatori convenzionali non possono fare. Questa capacità rende possibile un rilevamento più sensibile delle proteine e fornisce dati aggiuntivi nella spettrometria di massa. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista «Science Advances». In campi come la ricerca sulle proteine, la diagnostica e l’analisi, agli scienziati viene chiesto di rilevare e analizzare le macromolecole. Lo strumento di scelta in questi casi è spesso la spettrometria di massa. Questa tecnica separa gli ioni presenti in un campione in base al loro rapporto massa/carica e misura l’intensità dei segnali generati da un rivelatore. Tuttavia, i rivelatori convenzionali funzionano in modo efficiente solo per le particelle con un’energia d’impatto elevata, una lacuna che il team di ricerca finanziato dall’UE ha ora superato con rivelatori superconduttori a nanofili.
Rivelatori eccellenti
Gli scienziati mostrano per la prima volta come i nanofili superconduttori possano essere eccellenti rivelatori di fasci di proteine in un analizzatore di massa a quadrupolo, dove gli ioni vengono separati in base alla stabilità delle loro traiettorie di volo attraverso un campo elettrico oscillante nel quadrupolo. «Se ora utilizziamo i nanofili superconduttori al posto dei rivelatori convenzionali, possiamo persino identificare le particelle che colpiscono il rivelatore con una bassa energia cinetica», spiega il Prof. Markus Arndt, autore senior dello studio e coordinatore del progetto SuperMaMa dell’Università di Vienna, in Austria, in un comunicato stampa pubblicato sul sito web dell’università. A rendere possibile tutto ciò è la superconduttività dei nanofili. Ma quindi come avviene? Come descritto nel comunicato stampa, i «nanofili entrano in uno stato di superconduzione a temperature molto basse», perdendo la loro resistenza elettrica e consentendo il passaggio di corrente senza perdita di energia. Gli ioni in arrivo eccitano i nanofili superconduttori, il che li riporta allo stato di normale conduzione. Durante questa transizione quantistica, il cambiamento delle proprietà elettriche dei nanofili viene interpretato come un segnale di rilevamento. «Con i rivelatori a nanofili che utilizziamo, sfruttiamo la transizione quantistica dallo stato di superconduzione a quello di normale conduzione e possiamo quindi superare fino a tre ordini di grandezza le prestazioni dei rivelatori di ioni convenzionali», spiega il primo autore Marcel Strauß, anch’egli dell’Università di Vienna. I rivelatori a nanofili hanno una straordinaria resa quantica a basse energie di impatto. «Inoltre, uno spettrometro di massa adattato con un sensore quantistico di questo tipo può non solo distinguere le molecole in base al loro rapporto tra massa e carica, ma anche classificarle in base alla loro energia cinetica. Questo migliora il rilevamento e offre la possibilità di avere una migliore risoluzione spaziale», osserva il primo autore. La scoperta apre la strada a nuove applicazioni per i rivelatori a nanofili in settori che richiedono un’elevata efficienza e una buona risoluzione a bassa energia d’impatto. Entrambi i progetti SuperMaMa (Superconducting Mass Spectrometry and Molecule Analysis) e ATTRACT (breAkThrough innovaTion pRogrAmme for a pan-European Detection and Imaging eCosysTem) si sono già conclusi. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto SuperMaMa sito web del progetto ATTRACT
Parole chiave
SuperMaMa, ATTRACT, quantistico, nanofilo, nanofilo superconduttore, rivelatore, spettrometria di massa, energia, ione proteico
