Forskere opfinder nyt værktøj til at studere enkelte biologiske molekyler

(Phys.org) -- Ved at blande optiske og atomiske kraftmikroskopteknologier, Forskere fra Iowa State University og Ames Laboratory har fundet en måde at fuldføre 3D-målinger af enkelte biologiske molekyler med hidtil uset nøjagtighed og præcision.

Eksisterende teknologier giver forskere mulighed for at måle enkelte molekyler på x- og y-akserne i et 2-D-plan. Den nye teknologi giver forskerne mulighed for at foretage højdemålinger (z-aksen) ned til nanometer – blot en milliardtedel af en meter – uden tilpasset optik eller specielle overflader til prøverne.

"Dette er en helt ny type måling, der kan bruges til at bestemme z-positionen af ​​molekyler, " sagde Sanjeevi Sivasankar, en Iowa State assisterende professor i fysik og astronomi og associeret med det amerikanske energiministeriums Ames Laboratory.

Detaljer om teknologien blev for nylig offentliggjort af tidsskriftet Nano bogstaver . Medforfattere til undersøgelsen er Sivasankar; Hui Li, en Iowa State post-doc forskning associeret i fysik og astronomi og en associeret af Ames Laboratory; og Chi-Fu Yen, en Iowa State ph.d.-studerende i elektro- og computerteknik og en studentermedarbejder ved Ames Laboratory.

Sivasankars forskningsprogram har to mål:at lære, hvordan biologiske celler klæber til hinanden, og at udvikle nye værktøjer til at studere disse celler.

Det er grunden til, at den nye mikroskopteknologi - kaldet standing wave axial nanometri (SWAN) - blev udviklet i Sivasankars laboratorium.

Sådan fungerer teknologien:Forskere sætter et kommercielt atomkraftmikroskop til et enkelt molekyle fluorescensmikroskop. Spidsen af ​​atomkraftmikroskopet er placeret over en fokuseret laserstråle, skabe et stående bølgemønster. Et molekyle, der er blevet behandlet til at udsende lys, er placeret i den stående bølge. Når spidsen af ​​atomkraftmikroskopet bevæger sig op og ned, fluorescensen, der udsendes af molekylet, svinger på en måde, der svarer til dets afstand fra overfladen. Den afstand kan sammenlignes med en markør på overfladen og måles.

"Vi kan detektere højden af ​​molekylet med nanometer nøjagtighed og præcision, " sagde Sivasankar.

Avisen rapporterer, at målinger af et molekyles højde er nøjagtige til mindre end en nanometer. Det rapporterer også, at målinger kan tages igen og igen med en præcision på 3,7 nanometer.

Sivasankars forskerhold brugte fluorescerende nanosfærer og enkelte DNA-strenge til at kalibrere, teste og bevise deres nye instrument.

Brugere, der kunne drage fordel af teknologien, omfatter medicinske forskere, der har brug for højopløsningsdata fra mikroskoper. Sivasankar mener, at teknologien har et kommercielt potentiale og er overbevist om, at den vil fremme hans eget arbejde inden for enkeltmolekylebiofysik.

"Vi håber at bruge denne teknologi til at fremme forskningen, " sagde han. "Og ved at gøre det, vi vil fortsætte med at opfinde nye teknologier."