Ny teknik bringer studiet af molekylær konfiguration ind i det mikroskopiske domæne

Forskere har udviklet et spektroskopisk mikroskop for at muliggøre optiske målinger af molekylære konformationer og orienteringer i biologiske prøver. Den nye måleteknik gør det muligt for forskere at afbilde biologiske prøver på det mikroskopiske niveau hurtigere og mere præcist.

Det nye instrument er baseret på den diskrete frekvens infrarøde spektroskopiske billeddannelsesteknik udviklet af forskere ved Beckman Institute for Advanced Science and Technology ved University of Illinois Urbana-Champaign.

"Dette projekt handler om at bringe studiet af molekylær chiralitet ind i det mikroskopiske område, "sagde Rohit Bhargava, professor i bioingeniør, og direktør for Cancer Center i Illinois.

Molekylær chiralitet refererer til atoms rumlige orientering i molekyler eller multimolekylære samlinger. I biologiske systemer, et molekyle kan fremkalde en cellulær reaktion, mens dets spejlbillede kan være inaktivt eller endda giftigt. Mens vibrationscirkulær dikroisme kan anvendes til at bestemme et molekyls kemiske struktur og orientering, VCD-målinger er tidskrævende og kunne ikke tidligere bruges til at forestille komplekse biologiske systemer eller prøver af fast væv.

Papiret "Concurrent Vibrational Circular Dichroism Measurements with Infrared Spectroscopic Imaging" blev offentliggjort i Analytisk kemi og fremhævet på omslaget.

Det nye infrarøde mikroskop gør billeddannelse af biomolekylær kiralitet mulig ved at accelerere både optagelsestiden og forbedre signal-støj-forholdet mellem traditionelle VCD-teknikker. "Når du sender lys ned i et mikroskop fra et spektrometer, du smider i det væsentlige en masse af det, "Sagde Bhargava." Til VCD -målinger, du skal også sende den via en fotoelastisk modulator, som ændrer polariseringen af ​​lys til venstre- eller højrehåndet. På det tidspunkt, du har ikke meget lys tilbage, hvilket betyder, at du skal gennemsnitliggøre dit signal i lang tid for kun at se en pixel i et billede. "

Laboratoriet for kemisk billeddannelse og struktur, ledet af Bhargava, opnåede hurtige og samtidige infrarøde og VCD -målinger ved at bygge på rammen for deres højtydende diskrete frekvens infrarøde billeddannelsesmikroskop. I stedet for at anvende en traditionel termisk lyskilde, instrumentet er bygget op omkring en kvantekaskadelaser.

"Laserkilden motiverede hele designet, "sagde Yamuna Phal, en kandidatstuderende forsker i el- og computerteknik. "QCL -kilden har højere effekt, hvilket betyder, at vi kan erhverve hurtigere målinger. Tidligere har du kunne kun udføre VCD på væskeprøver, men vi kan også forestille os solide væv. Dette blev aldrig forsøgt før, fordi det tager så lang tid at indhente VCD -signaler i første omgang. "

Kevin Yeh, en postdoc -forsker, der ledede udviklingen af ​​mikroskopet, hævdede, at andre applikationer kunne opstå fra det mikroskop, der blev bygget til dette projekt. "Vi forestillede os oprindeligt det diskrete frekvens infrarøde mikroskop som en platform, hvorpå andre teknikker kunne bygges, "Yeh sagde." Vi har løst en af ​​disse udvidelser, hvilket er VCD, men vi kunne forestille os mange andre. "

Selvom anvendelserne af denne teknik kunne spænde over de biologiske videnskaber, selve arbejdet er et bevis på styrken i tværfaglig videnskab. "Dette projekt var kun muligt ved at bringe tankegang fra forskellige felter sammen, "Sagde Bhargava." Det er et kemiproblem løst af et fysikbaseret design, implementeret af en el -ingeniørstuderende. Det er i vores DNA hos Beckman at tage den slags tilgang til at løse problemer. "