A espectroscopia Raman de superfície aprimorada por TERS oferece diversas vantagens no estudo de biomoléculas em comparação com outras técnicas espectroscópicas e microscópicas. Ela pode superar a baixa relação sinal-ruído que dificulta algumas aplicações biológicas e, assim, evitar a necessidade de usar grandes volumes de amostra.
A espectroscopia Raman de superfície aprimorada por temperatura TERS oferece diversas vantagens no estudo de biomoléculas em comparação com outras técnicas espectroscópicas e microscópicas. Por exemplo, ela pode superar a baixa relação sinal-ruído que dificulta algumas aplicações biológicas, evitando assim a necessidade de usar grandes volumes de amostra. Isso ocorre porque TERS oferece um sinal Raman amplificado, semelhante à espectroscopia Raman de superfície aprimorada (SERS), com o benefício adicional da resolução nanométrica, podendo, portanto, analisar moléculas individuais. Métodos alternativos para estudar a composição química em nanoescala, como métodos baseados em fluorescência de super-resolução ou métodos para estudar a morfologia, como a microscopia eletrônica de varredura, estão disponíveis; no entanto, eles quase sempre requerem marcação fluorescente ou coloração com metais pesados. TERS tem a capacidade de fornecer informações sobre a composição química e a morfologia em nanoescala sem a necessidade de marcadores. TERS tem sido usada para estudar diversos biomateriais, como monocamadas de aminoácidos e nucleobases, proteínas, conjuntos macromoleculares de proteínas, ácidos nucleicos, superfícies celulares e interações na superfície celular.
Alguns dos primeiros estudos TERS em biomateriais focaram em componentes puros, como nucleobases 99-101 e aminoácidos 101-104. Foi demonstrado que as nucleobases normais A, T, G, C adsorvidas separadamente em uma superfície em quantidades de picomoles podiam ser diferenciadas com base em seus espectros TER 99. Posteriormente, elas também foram identificadas em ácidos nucleicos com TERS, o que torna TERS um novo método de sequenciamento sem marcadores 105,106,107,108. Espectros TER foram obtidos de monocamadas de cistina e histidina, que revelaram diferentes estados de ionização adsorvidos em uma superfície de ouro 109,110. Um grau semelhante de especificidade química também foi demonstrado em proteínas. Por exemplo, espectros TER obtidos do citocromo c mostraram não apenas características espectrais distintas de aminoácidos e heme, mas também variações devido à diferente orientação molecular 112. Isso não é surpreendente, visto que os espectros TER diferem dos espectros Raman e SER normais por evitarem um sinal médio e sondarem apenas algumas moléculas de cada vez.
Mais recentemente, TERS tem sido aplicada ao estudo de amostras biológicas mais complexas. As composições químicas superficiais de grandes agregados proteicos, como fibrilas amiloides e nanofitas peptídicas, foram estudadas. Por exemplo, a composição superficial de aminoácidos como cisteína, tirosina, prolina e histidina, e a composição de elementos de estrutura secundária, como as regiões de α-hélice e β-folha das fibrilas de insulina, foram caracterizadas <sup>104</sup>. Além disso, diferentes polimorfos de fibrilas de insulina foram diferenciados com base nessa caracterização superficial. Isso é importante porque polimorfos das mesmas fibrilas apresentam diferentes níveis de citotoxicidade, influenciados por propriedades superficiais como a hidrofobicidade. TERS tem o potencial de sondar apenas a composição superficial e evitar o sinal correspondente à estrutura interna da fibrila.
A composição bioquímica de outros sistemas multicomponentes, como a superfície de células bacterianas, células virais e células humanas, foi estudada 114,115,116,117. As contribuições de moléculas lipídicas de superfície, RNA e proteínas foram identificadas nos espectros TER resultantes. Por exemplo, as composições de proteínas do capsídeo viral e RNA foram identificadas no vírus do mosaico do tabaco 114. Mais recentemente, interações na superfície celular, como a interação antígeno-anticorpo, foram estudadas usando TERS. Os anticorpos foram conjugados a nanopartículas que podem ser localizadas na superfície celular por microscopia convencional após a ligação ao antígeno de superfície, sendo essas áreas especificamente estudadas por TERS 119. Isso permitiu um método direcionado para o estudo de pequenas áreas de interesse em superfícies celulares grandes, complexas e de tamanho micrométrico. Proteínas de membrana também foram detectadas na superfície de uma célula eritrocitária humana imersa em líquido 120. Este método promissor permite o estudo de biomoléculas em seu estado nativo e reduz o aquecimento da amostra devido ao laser e ao fotobranqueamento, e ainda precisa ser explorado mais a fundo.
