Los investigadores, financiados por los proyectos SuperMaMa y ATTRACT, han alcanzado un hito importante en la detección de iones proteicos con ayuda de nanocables superconductores. Su elevada sensibilidad energética permite a los detectores de nanocables superconductores alcanzar una eficiencia cuántica cercana al 100 % y ser hasta 1000 veces más eficientes en la detección de iones proteicos que los detectores de iones convencionales. También son capaces de distinguir macromoléculas por su energía de impacto, algo que los detectores convencionales no pueden hacer. Esta capacidad permite una detección más sensible de proteínas y proporciona datos adicionales en la espectrometría de masas. 

El estudio se publicó en la revista Science Advances. En campos como la investigación, el diagnóstico y el análisis de proteínas, los científicos deben detectar y analizar macromoléculas. Su herramienta preferida en estos casos suele ser la espectrometría de masas. Esta técnica separa los iones presentes en una muestra según su relación masa-carga y mide la intensidad de las señales generadas por un detector. Sin embargo, los detectores convencionales sólo funcionan eficientemente con partículas con alta energía de impacto, una deficiencia que el equipo de investigación respaldado por la UE ha superado ahora con detectores de nanocables superconductores.

Excelentes detectores

Los científicos han demostrado por primera vez que los nanocables superconductores pueden ser excelentes detectores de haces de proteínas en la espectrometría de masas de cuadrupolo, donde los iones se separan en función de la estabilidad de sus trayectorias de vuelo a través de un campo eléctrico oscilante en el cuadrupolo. "Si ahora utilizamos nanocables superconductores en lugar de detectores convencionales, incluso podemos identificar partículas que golpean el detector con baja energía cinética", explica el autor principal del estudio, el profesor Markus Arndt de la Universidad de Viena, coordinadora del proyecto SuperMaMa, en un comunicado de prensa publicado en el sitio web de la universidad. La superconductividad de los nanocables es lo que hace que esto sea posible. ¿Cómo sucede esto? Como se describe en el comunicado de prensa, los "nanocables entran en un estado superconductor a temperaturas muy bajas", perdiendo su resistencia eléctrica y permitiendo el flujo de corriente sin pérdida de energía. Los iones entrantes excitan los nanocables superconductores, lo que da como resultado un retorno al estado conductor normal. 

Durante esta transición cuántica, el cambio en las propiedades eléctricas de los nanocables se interpreta como una señal de detección. “Con los detectores de nanohilos que utilizamos, aprovechamos la transición cuántica del estado superconductor al estado conductor normal y, por lo tanto, podemos superar a los detectores de iones convencionales en hasta tres órdenes de magnitud”, explica el primer autor Marcel Strauß, también de la Universidad de Viena. Los detectores de nanohilos tienen un rendimiento cuántico extraordinario a energías de bajo impacto. “Además, un espectrómetro de masas adaptado con un sensor cuántico de este tipo no solo puede distinguir las moléculas según su estado de masa a carga, sino también clasificarlas según su energía cinética. Esto mejora la detección y ofrece la posibilidad de tener una mejor resolución espacial”, señala el primer autor. 

El descubrimiento allana el camino para nuevas aplicaciones para los detectores de nanohilos en áreas que requieren alta eficiencia y buena resolución a energías de bajo impacto. Los proyectos SuperMaMa (Superconducting Mass Spectrometry and Molecule Analysis) y ATTRACT (breAkThrough innovaTion pRogrAmme for a pan-European Detection and Imaging eCosysTem) han finalizado. Para obtener más información, consulte:

Sitio web del proyecto SuperMaMa

Sitio web del proyecto ATTRACT

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