Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

nanolamper skabt til brug som molekylære prober

(PhysOrg.com) -- Rohit Bhargava fra University of Illinois er kommet med en spændende ny klasse af molekylære prober til biomedicinsk forskning kaldet nanoLAMP'er. I modsætning til de fleste prober, der bruges i biomedicin eller andre typer forskning, kræver de ikke farvestoffer eller fluorescens, men som en almindelig huslampe, de har brug for en lyskontakt for at oplyse den molekylære verden.

Bhargava og hans samarbejdspartnere udviklede nanolamperne, som står for Nano-Layered Metal-dielektriske partikler, at løse et problem inden for biomedicinsk forskning:manglende evne til at måle flere molekyler samtidigt med en høj grad af nøjagtighed og pålidelighed.

"Denne metode, i princippet, vil give os mulighed for at afbilde hundredvis af molekylære arter kvantitativt fra et enkelt molekyle op til enhver grænse, " sagde Bhargava.

Ud over, forskellige reportermolekyler kan indlejres i nanoLAMP'erne, giver mulighed for at opnå forskellige resultater og en anden grund til, at proberne har så stort potentiale til brug i biomedicinsk forskning, især til biomedicinske billeddannelsesformål.

"Vi har en næsten ubegrænset evne med dette design til at indsætte ethvert molekyle og bruge det som en markør, " sagde Bhargava, en forsker ved Illinois's Beckman Institute. "Vi har ikke brug for, at det er et farvestof eller et fluorescerende molekyle, men skal bare ændre journalistens molekylære struktur."

Bhargavas gruppe offentliggjorde det første papir om metoden den 3. august, 2010 udgave af Proceedings of the National Academy of Sciences . Den nye metode tager en eksisterende spektroskopisk teknik kaldet overfladeforstærket Raman-spredning (SERS) og bruger nano-lagede metal-dielektriske partikler, der lyser op, når de udsættes for laserlys.

Bhargava sagde, at banebrydende aspekt af denne metode er, at den er i stand til at overvinde mangler fundet i SERS gennem design af nanoskala strukturen af ​​LAMP'er ved hjælp af klassisk elektromagnetisk teori og avancerede computerstrategier.

Nanolamperne blev skabt med en unik koncentrisk, multi-shell struktur, der gør det muligt at finjustere det elektriske felt, der omgiver et molekyle. De anvendte fundamental elektromagnetisk teori til at forudsige det elektriske felt, brugte derefter algoritmer og computerkraften fra National Center for Supercomputing Applications (NCSA) i Illinois til at optimere strukturer til Raman-forbedring.

"Det er smart design af nanostrukturer baseret på meget fundamental fysik, " sagde Bhargava.

Nanolamperne har også den fordel at eliminere de kemiske effekter set med SERS-forbedringsteknikker, giver mulighed for mere præcis modellering.

"Den unikke del i dette papir er, at vi fuldstændig ignorerede den kemiske forbedring ved at afkoble molekylet fra overfladen, " sagde Bhargava. "I stedet, vi indlejrer molekylet i det dielektriske lag mellem metallagene. Som en konsekvens, meget, meget få molekyler er faktisk endda tæt på overfladen; de er alle i det dielektriske lag. Det betyder, at vi fuldstændigt kan eliminere den kemiske effekt og kun stole på den elektromagnetiske effekt til forbedring."

NanoLAMP'erne har et genkendelseslink, som forbinder målmolekylet med multi-skallen, løglignende struktur indeholdende reportermolekylet. Et laserlys bruges til at excitere nanopartiklerne og tilegne sig signaler fra målmolekylet. NanoLAMPerne kan producere pålidelige, kvantitative målinger fra et enkelt molekyle eller fra hundredvis af molekyler, og fra flere arter. De anvendte partikler er designet til at være stabile og vil ikke henfalde over tid, og forskellige metaller eller endda farvestoffer kan bruges i dem.

"Det er en utrolig fleksibel platform, " sagde Bhargava. "Det giver dig mulighed for at afbilde enhver molekylær art, præsenterer mange veje til fremstilling, og du kan putte ethvert farvestof du kan lide, enhver journalist, brug næsten alt metal, du kan lide."

Bhargava sagde, at forkortelsen LAMPS er passende.

"Lamper lyser vejen til at 'se' molekyler, og kapaciteten er altid tændt, men du skal ramme den med en lysstråle for at få et svar tilbage, " han sagde. "Det er som at dreje på en kontakt, når du lyser med en laser på den."


Varme artikler