La provocadora conferencia impartida en 1959 por el físico y Premio Nobel R.P. Feynman: "En el fondo hay espacio de sobra" es considerada como el punto de partida para la nanotecnología.
Con este peculiar título, Feynman animó a los investigadores a explorar más allá de la escala atómica, prediciendo nuevos y emocionantes fenómenos que podrían revolucionar la ciencia y la tecnología. Entre los pioneros están Eric Betzig, Stefan W. Infierno y William E. Moerner, que fueron galardonados con el Premio Nobel de Química 2014 por el desarrollo de la microscopía de fluorescencia de súper-resolución. Sin embargo, es importante señalar que la exploración de este sorprendente mundo nanomolecular comenzó a principios de 1980 con la invención de los microscopios de efecto túnel y fuerza atómica.
El estudio y manipulación de las interacciones a escala nanométrica pudo comenzar tan pronto como las herramientas de medición se hicieron más eficientes. Las últimas décadas han sido testigo del desarrollo de técnicas capaces de obtener información a nivel sub-molecular, aplicándolas especialmente en el campo biomédico. Como ejemplo, el estudio del papel de la dinámica conformacional en los mecanismos de reacción ha dado lugar a numerosos avances en las ciencias de la vida. Así, el conocer con precisión las interacciones moleculares y sus efectos sobre la función de las proteínas, ha ayudado al descubrimiento de nuevas moléculas diana en química médica. Es importante destacar que la capacidad de proporcionar información que vincule diferentes áreas de conocimiento es de fundamental interés. Las técnicas habituales abarcan desde las que proporcionan información estructural muy detallada, pero que corresponde a un instante estático, como la cristalografía de rayos X o la reflexión de neutrones (RN), a las que proporcionan mediciones dinámicas, entre las que se incluyen las técnicas electroquímicas y ópticas. Sin embargo, la medición de la dinámica conformacional de los procesos químicos, sin marcaje y en tiempo real, ha sido raramente alcanzada.
La Interferometría de Polarización Dual (IPD) es actualmente una de las técnicas más poderosas para la medida dinámica de datos estructurales. Es una herramienta con interesantes aplicaciones en ciencia de superficies y biofísica. La IPD es, a nuestro entender, la técnica mejor concebida, dentro de las que emplean guías de ondas como elemento sensor, para la monitorización de los procesos de dinámica conformacional. Entre sus debilidades está la necesidad de utilizar un elemento sensor relativamente largo. Sin embargo, es bien sabido que el uso de una lectura interferométrica y una guía de ondas larga hace que las mediciones sean muy estables y precisas. En consecuencia, la IPD se puede describir como una verdadera regla molecular cuyos valores cuantitativos pueden correlacionarse directamente con los de otras técnicas de uso habitual, tales como RMN, cristalografía de rayos X y RN, proporcionando mayor sensibilidad y precisión que otras técnicas como la microbalanza de cuarzo o la resonancia de plasmón superficial. Swann et al. (Swann, M. J.; Peel, L. L.; Carrington, S.; Freeman, N. J. Anal. Biochem. 2004, 329, 190) propusieron una manera elegante para el cálculo, en tiempo real, de diferentes parámetros estructurales (índice de refracción, espesor, densidad, grado de recubrimiento), a partir de la detección interferométrica de los cambios de fase del campo óptico.
Los puntos fuertes de IPD son, en primer lugar, el uso de reactivos sin marcar (label-free), lo que simplifica claramente el número de pasos del procedimiento experimental. En segundo lugar, el corto tiempo de respuesta, lo que permite mediciones cada 20 ms, proporcionando datos cuantitativos in situ sobre las dimensiones, índice de refracción y la densidad del sistema estudiado y, en tercer lugar, una alta sensibilidad, con resoluciones inferiores a 0,1 Å, 10-7 unidades del índice de refracción y 0,1 pg / mm2, respectivamente. Así pues, esta técnica ofrece una perspectiva única sobre la bioquímica, vinculando los cambios conformacionales y la actividad biológica, con una resolución a nivel de la "big physics". Además, la IPD tiene tres características importantes que ofrecen un enfoque diferente a la investigación:
- Caracterización estructural completa en tiempo real (espesor, índice de refracción, concentración superficial, densidad, área por molécula y fracción volumétrica). Este alto nivel de caracterización cuantitativa permite monitorizar procesos biomoleculares, correlacionándolos con las variaciones dinámicas en la estructura de las capas.
- Medida precisa de la birrefringencia, lo que permite medir los cambios estructurales que tienen lugar en la capa anisotrópica en tiempo real. Ello resulta en un mejor conocimiento de la influencia de la estructura de la capa sobre la anisotropía. Estos estudios tienen importantes aplicaciones en lipidómica.
- Análisis cinético de los procesos de interacción. Esto significa que las alteraciones estructurales resultantes de la interacción estudiada se pueden monitorizar en tiempo real, proporcionando una increíble visión sobre el mecanismo de unión.
Es importante destacar que la IPD se está convirtiendo en una técnica viable, rápida y de alta sensibilidad que tiene un gran potencial para convertirse en una herramienta básica en los estudios de biología funcional y de caracterización, con una amplia variedad de aplicaciones. Es importante tener en cuenta el aumento significativo que la utilización de la IPD ha experimentado en los últimos años, convirtiéndose en una herramienta clave en el estudio de las interacciones biomoleculares y la caracterización de superficies, y pudiendo ser una referencia en las investigaciones sobre dinámica conformacional. En consecuencia, la mayoría de los ejemplos incluidos y discutidos en una reciente revisión corresponden a publicaciones de temática multidisciplinar que han aparecido en el período de existencia de la técnica (http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cr5002063 ). Esta revisión se centra en los aspectos básicos de esta interesante técnica y en sus aplicaciones actuales y potenciales, ofreciendo una oportunidad única para aprender sobre esta herramienta.
