Ottimizzazione della Gamma Dinamica nella Rilevazione del DNA Target tramite il Metodo del Sandwich con AuNPs

Nella nostra ricerca, abbiamo condotto un’analisi delle bande di elettroforesi per diverse dimensioni e concentrazioni di nanoparticelle d’oro (AuNPs) e per il numero di Probe-DNA coniugati alla superficie di queste nanoparticelle, con l’obiettivo di ampliare e ottimizzare la gamma dinamica nella rilevazione del DNA target attraverso un saggio del tipo sandwich. I risultati hanno mostrato che la concentrazione di AuNPs è un fattore cruciale nel determinare il limite superiore della gamma dinamica. Inoltre, il numero di Probe-DNA per AuNP deve essere ottimizzato per estendere il limite superiore della gamma e prevenire errori nella determinazione della concentrazione del DNA target.

Abbiamo sviluppato e ottimizzato una metodica per la formazione di dimeri di AuNPs modificati con uno strato di alkanetiole terminato in COOH, sfruttando le interazioni van der Waals tra le catene alchiliche in sospensione. Abbiamo dimostrato che la distanza inter-particellare può essere regolata cambiando la lunghezza della catena alchilica. In tutti i casi, la distanza è risultata ben definita e uniforme. Questo implica che l’interazione tra il gruppo COOH, terminazione dell’alkanetiole, e la superficie d’oro giochi un ruolo fondamentale nella formazione del dimero. Per la catena alchilica più corta, abbiamo ottenuto una distanza inter-particellare di soli 1,0 nm.

Il controllo preciso della concentrazione di AuNPs e del numero di Probe-DNA coniugati è essenziale per ottenere una rilevazione accurata e una gamma dinamica ottimale. La ricerca mostra chiaramente come sia possibile manipolare le dimensioni delle nanoparticelle d’oro per migliorare significativamente la sensibilità e la specificità dei saggi basati su AuNPs. La possibilità di modulare la distanza tra le nanoparticelle tramite la modificazione chimica delle superfici con alkanetiole rappresenta una strategia innovativa per ottimizzare ulteriormente le prestazioni dei sensori.

Inoltre, è fondamentale comprendere che la precisione nel design delle nanoparticelle, la loro dimensione e la superficie modificata sono parametri cruciali per evitare interferenze che potrebbero compromettere l’affidabilità dei risultati. La capacità di regolare dinamicamente la gamma di rilevazione non solo amplia le potenzialità dei saggi biologici, ma apre anche la porta a applicazioni avanzate, come la diagnosi precoce e la monitorizzazione in tempo reale di malattie genetiche o infezioni virali.

Come la spettroscopia elettronica bidimensionale rivela dinamiche quantistiche nei semiconduttori organici: Il caso delle molecole di squaraine

Un picco diagonale nella mappa 2DES implica che sia il primo impulso di pompaggio sia il probe interagiscano con la stessa transizione, mentre un picco fuori diagonale indica che l'eccitazione di una risonanza alteri l'interazione del probe con una seconda risonanza. Nel caso di un sistema omogeneamente allargato, la forma del picco è determinata dai tempi di de fase omogenea delle coerenze coinvolte, mentre in un sistema con allargamento inomogeneo, i contributi di allargamento omogeneo e inomogeneo possono essere separati.

Un aspetto di particolare interesse sono le dinamiche dei picchi 2DES durante il tempo di attesa. In generale, questi picchi sondano la dinamica quantistica delle onde di pacchetto che vengono create nello stato fondamentale o eccitato attraverso l'interazione con il secondo impulso di pompaggio. È utile distinguere tra due tipi di dinamiche. I processi incoerenti di trasferimento di energia tra diversi stati quantistici, che comportano un graduale cambiamento nelle ampiezze dei picchi con il tempo di attesa, e l'accoppiamento forte tra stati eccitati, che porta alla formazione di nuovi stati ibridi $|i\rangle$ con frequenze $\omega_i$. I risultati delle mappe 2DES mostrano picchi alle frequenze $\omega_{0i}$, e l'ampiezza di questi picchi può oscillare periodicamente alla frequenza di differenza tra due di questi stati ibridi. Tali picchi, noti come picchi di battimento quantistico, sono una firma distintiva degli accoppiamenti forti nel sistema quantistico analizzato. Questo discorso qualitativo, finora, trascura la decoerenza fase-rotta (dephasing puro) e i processi di rilassamento energetico.

Recentemente, è stato dimostrato che l'inserimento di una piastra di quarto d'onda (QWP) nell'interferometro TWINS consente di manipolare le componenti di polarizzazione dei due impulsi, fornendo un controllo completo sulla fase relativa assoluta tra gli impulsi di pompaggio. Questo ha aperto nuove possibilità per l'implementazione della spettroscopia 2DES avanzata, come l'isolamento dei contributi di rifasamento e non rifasamento, e la registrazione di spettroscopie 0Q e 2Q.

Un'applicazione pratica di questa tecnica è stata realizzata per il sistema di squaraine, una classe di molecole organiche con interessanti proprietà ottiche, come quelle osservate nei film sottili di squaraine aggregata J. Le squaraine sono molecole quadrupolari D-π-A-π-D, costituite da un acido squarico come accettore centrale e due bracci donatori di anilina. La geometria planare della molecola è stabilizzata da legami idrogeno tra i gruppi idrossilici delle fenilgruppi e i gruppi carbonilici dell'acido squarico.

Il modello a stato essenziale (ESM) utilizzato per interpretare i comportamenti ottici e elettronici di questi coloranti quadrupolari considera la molecola come composta da due coloranti polari in uno stato fondamentale neutro $|DA\rangle$ o in uno stato eccitato separato da carica $|D+A^-\rangle$, connessi da un gruppo di accettazione di carica. Questo modello consente di identificare tre stati elettronici essenziali come base per comprendere le proprietà ottiche delle squaraine: uno stato neutro e due stati separati da carica, che sono stati zwitterionici degenerati con distribuzioni di carica ionica sui due bracci della molecola.

È fondamentale comprendere che le tecniche come 2DES sono in grado di fornire informazioni cruciali non solo sulla dinamica delle eccitazioni elettroniche ma anche sulle interazioni a molti corpi nei semiconduttori organici. Le spettroscopie avanzate come quelle descritte sono indispensabili per approfondire la nostra comprensione delle proprietà di accoppiamento forte e delle dinamiche di rilassamento energetico in questi materiali.