Brug af guld og lys til at studere molekyler i vand

Takket være en ny enhed, der er på størrelse med et menneskehår, det er nu muligt at detektere molekyler i en flydende opløsning og observere deres interaktioner. Dette er af stor interesse for det videnskabelige samfund, da der i øjeblikket ikke er nogen pålidelig måde at undersøge både adfærd og den kemiske struktur af molekyler i en væske i realtid.

Udviklet ved Boston University af Hatice Altug og hendes studerende Ronen Adato, processen samler infrarøde detektionsteknikker og guldnanopartikler. Det kan muligvis muliggøre en helt ny klasse af målinger, hvilket ville være et kritisk skridt i forståelsen af ​​grundlæggende biologiske funktioner såvel som centrale aspekter af sygdomsprogression og behandling. "Vores teknologi kan vise sig nyttig til at studere proteiners adfærd, medicin og celler i blodet eller forurenende stoffer i vand ", siger Hatice Altug.

Nu har en forsker ved EPFL Dr. Altug fået sine resultater offentliggjort i Naturkommunikation .

Som en guitarstreng

Enheden er baseret på en velkendt detektionsteknik kaldet infrarød absorptionsspektroskopi. Infrarødt lys kan allerede bruges til at detektere elementer:Strålen ophidser molekylerne, som begynder at vibrere på forskellige måder afhængigt af deres størrelse, sammensætning og andre egenskaber. "Det er som en guitarstreng, der vibrerer forskelligt afhængigt af dens længde, "forklarer Hatice Altug. Den unikke vibration af hver type molekyle fungerer som en signatur for det molekyle.

Denne teknik fungerer meget godt i tørre miljøer, men slet ikke godt i vandige miljøer. "Et stort antal molekyler skal være til stede for at de kan detekteres. Det er også vanskeligere at opdage molekyler i vand, som når strålen går gennem løsningen, vandmolekylerne vibrerer også og forstyrrer målmolekylets signatur, "forklarer Dr. Altug.

Brug af nanopartikler til at fange og belyse molekyler

For at komme uden om disse forhindringer, forskerne har udviklet et system, der er i stand til at isolere målmolekylerne og eliminere forstyrrelser.

På størrelse med en krone, enheden består af miniature fluidiske kamre, som er dækket på den ene side med nanoskala guldpartikler med overraskende egenskaber. "Vi dækker overfladen af ​​nanopartiklerne med, for eksempel, antistoffer, for at få et specifikt protein eller kemikalie til at klæbe til dem, "forklarer forskeren." Når løsningen indeholdende de målrettede elementer er introduceret i kammeret, nanopartiklerne fungerer som molekylfangere. "Denne teknik gør det muligt at isolere målmolekylerne fra resten af ​​væsken.

Men det er ikke den eneste rolle, nanopartiklerne spiller. De er også i stand til at koncentrere lys i nanometerstørrelser omkring deres overflade som følge af plasmonisk resonans.

I kammeret, strålen behøver ikke at passere gennem hele løsningen. I stedet, det sendes direkte til nanopartiklen, som koncentrerer lyset. Fanget i fælden, målmolekylerne er de eneste, der er så intenst udsat for fotonerne.

Reaktionen mellem molekylerne og de infrarøde fotoner er ekstremt stærk, hvilket betyder, at de kan detekteres og observeres meget præcist. "Denne teknik gør os i stand til at observere molekyler in situ, når de reagerer med elementer i deres naturlige miljø. Dette kan vise sig yderst nyttigt for både medicin og biologi, "fastslår Dr. Altug.

Anvendelse inden for medicinsk forskning

En anden fordel er, at chippen er ekstremt kompakt og kan sluttes til mikroskoper, der allerede er i brug. "Vi har ikke brug for store stikprøver for at udføre vores analyser, ”siger Ronen Adato.

Fremadrettet, Hatice Altug agter at fortsætte sin forskning med fokus på medicinske anvendelser. De første tests er blevet udført med almindelige antistofmolekyler, og analyserne skal nu finjusteres. "Jeg vil virkelig gerne arbejde med andre biovidenskabelige forskere, hospitaler og biologer. Jeg er især interesseret i at bruge min metode til undersøgelse af sygdomme, herunder kræft og neurologiske lidelser, at observere virkningen af ​​visse lægemidler på syge celler eller for at opdage sygdomsbiomarkører, for eksempel."