Silk Moths-antenne inspirerer nyt nanoteknologisk værktøj med anvendelser i Alzheimers forskning

Ved at efterligne strukturen af ​​silkemølens antenne, Forskere fra University of Michigan ledede udviklingen af ​​en bedre nanopore --- et lillebitte tunnelformet værktøj, der kunne fremme forståelsen af ​​en klasse af neurodegenerative sygdomme, der inkluderer Alzheimers.

En artikel om arbejdet er netop offentliggjort online i Natur nanoteknologi . Dette projekt ledes af Michael Mayer, en lektor i U-M-afdelingerne for Biomedicinsk Teknik og Kemiteknik. Jerry Yang samarbejder også en lektor ved University of California, San Diego og Jiali Li, en lektor ved University of Arkansas.

Nanoporer --- i det væsentlige huller boret i en siliciumchip --- er minimale måleenheder, der muliggør undersøgelse af enkelte molekyler eller proteiner. Selv nutidens bedste nanoporer tilstoppes nemt, så teknologien er ikke blevet udbredt i laboratoriet. Forbedrede versioner forventes at være store fordele for hurtigere, billigere DNA-sekventering og proteinanalyse.

Holdet konstruerede en olieagtig belægning, der fanger og glat transporterer molekyler af interesse gennem nanoporer. Belægningen giver også forskere mulighed for at justere porestørrelsen med en atomær præcision.

"Det, dette giver os, er et forbedret værktøj til at karakterisere biomolekyler, " sagde Mayer. "Det giver os mulighed for at få forståelse for deres størrelse, oplade, form, koncentration og den hastighed, hvormed de samles. Dette kan hjælpe os med at diagnosticere og forstå, hvad der går galt i en kategori af neurodegenerativ sygdom, der inkluderer Parkinsons, Huntingtons og Alzheimers."

Mayers "flydende lipid-dobbeltlag" ligner en belægning på han-silkemølens antenne, der hjælper den med at lugte nærliggende hunmøl. Belægningen fanger feromonmolekyler i luften og fører dem gennem nanotunneller i eksoskeletet til nerveceller, der sender en besked til insektens hjerne.

"Disse feromoner er lipofile. De kan lide at binde sig til lipider, eller fedtlignende materialer. Så de bliver fanget og koncentreret på overfladen af ​​dette lipidlag i silkemølen. Laget smører feromonernes bevægelse til det sted, hvor de skal være. Vores nye belægning tjener samme formål, " sagde Mayer.

Et af Mayers hovedforskningsspor er at studere proteiner kaldet amyloid-beta-peptider, der menes at koagulere til fibre, der påvirker hjernen ved Alzheimers. Han er interesseret i at studere størrelsen og formen af ​​disse fibre, og hvordan de dannes.

"Eksisterende teknikker tillader dig ikke at overvåge processen særlig godt. Vi ønskede at se sammenklumpningen af ​​disse peptider ved hjælp af nanoporer, men hver gang vi prøvede det, porerne tilstoppede, " sagde Mayer. "Så lavede vi denne belægning, og nu virker vores idé."

At bruge nanoporer i eksperimenter, forskere placerer den pore-prikkede chip mellem to kamre med saltvand. De slipper de interessante molekyler ned i et af kamrene og sender en elektrisk strøm gennem poren. Når hvert molekyle eller protein passerer gennem poren, det ændrer porens elektriske modstand. Mængden af ​​observerede ændringer fortæller forskerne værdifuld information om molekylets størrelse, elektrisk ladning og form.

På grund af deres lille fodaftryk og lave strømbehov, nanoporer kunne også bruges til at opdage biologiske krigsførende stoffer.

Et forskningsmæssigt højdepunkt på dette arbejde vil blive vist i en kommende udgave af Nature. Artiklen har titlen "Kontrol af proteintranslokation gennem nanoporer med bioinspirerede væskevægge."