Uendelige muligheder for bio-nanoteknologi

Forskere fra University of Leeds har taget et afgørende skridt fremad inden for bio-nanoteknologi, et felt, der bruger biologi til at udvikle nye værktøjer til videnskab, teknologi og medicin.

Den nye undersøgelse, udgivet på tryk i dag i tidsskriftet Nano bogstaver , demonstrerer, hvordan stabile 'lipidmembraner' – den tynde 'hud', der omgiver alle biologiske celler – kan påføres syntetiske overflader.

Vigtigt, den nye teknik kan bruge disse lipidmembraner til at 'tegne' – svarende til at bruge dem som en biologisk blæk – med en opløsning på 6 nanometer (6 milliardtedele af en meter), hvilket er meget mindre, end forskerne tidligere havde troet var muligt.

"Dette er mindre end de aktive elementer i de mest avancerede siliciumchips og lover evnen til at placere funktionelle biologiske molekyler - såsom dem, der er involveret i smag, lugt, og andre sensoriske roller – med høj præcision, at skabe nye hybride bio-elektroniske enheder, " sagde professor Steve Evans, fra School of Physics and Astronomy ved University of Leeds og en medforfatter af papiret.

I undersøgelsen, forskerne brugte noget kaldet Atomic Force Microscopy (AFM), som er en billeddannelsesproces, der har en opløsning ned til kun en brøkdel af en nanometer og fungerer ved at scanne et objekt med en minimal mekanisk sonde. AFM, imidlertid, er mere end blot et billedværktøj og kan bruges til at manipulere materialer med henblik på at skabe nanostrukturer og til at 'tegne' stoffer på områder i nanostørrelse. Sidstnævnte kaldes 'nano-litografi' og var den teknik, professor Evans og hans team brugte i denne forskning.

Evnen til kontrollerbart at 'skrive' og 'placere' lipidmembranfragmenter med så høj præcision blev opnået af hr. George Heath, en ph.d.-studerende fra School of Physics and Astronomy ved University of Leeds og hovedforfatteren af ​​forskningspapiret.

Hr. Heath sagde:"Metoden minder meget om blæk i en kuglepen. Men i stedet for at skrive med flydende blæk, vi lader lipidmolekylerne – blækket – først tørre på spidsen. Dette giver os mulighed for derefter at skrive under vandet, som er det naturlige miljø for lipidmembraner. Tidligere, andre forskerhold har fokuseret på at skrive med lipider i luften, og de har kun været i stand til at opnå en opløsning på mikron, som er tusind gange større end det, vi har demonstreret."

Forskningen er af fundamental betydning for at hjælpe forskere med at forstå strukturen af ​​proteiner, der findes i lipidmembraner, som kaldes 'membranproteiner'. Disse proteiner virker til at kontrollere, hvad der kan lukkes ind i vores celler, at fjerne uønskede materialer, og en række andre vigtige funktioner.

For eksempel, vi lugter ting på grund af membranproteiner kaldet 'olfaktoriske receptorer', som omdanner detektionen af ​​små molekyler til elektriske signaler for at stimulere vores lugtesans. Og mange lægemidler virker ved at målrette mod specifikke membranproteiner.

"I øjeblikket, videnskabsmænd kender kun strukturen af ​​en lille håndfuld membranproteiner. Vores forskning baner vejen for at forstå strukturen af ​​de tusindvis af forskellige typer membranproteiner for at tillade udviklingen af ​​mange nye lægemidler og for at hjælpe vores forståelse af en række sygdomme, " forklarede professor Evans.

Bortset fra biologiske anvendelser, dette forskningsområde kan revolutionere produktionen af ​​vedvarende energi.

Arbejder i samarbejde med forskere ved University of Sheffield, Professor Evans og hans team har alle de membranproteiner, der kræves for at konstruere en fuldt fungerende efterligning af den måde, planter fanger sollys. Til sidst, forskerne vil være i stand til vilkårligt at udskifte de biologiske enheder og erstatte dem med syntetiske komponenter for at skabe en ny generation af solceller.

Professor Evans konkluderer:"Dette er en del af det nye felt inden for syntetisk biologi, hvorved tekniske principper anvendes på biologiske dele – uanset om det er til energiopsamling, eller for at skabe kunstige næser til tidlig påvisning af sygdom eller blot for at rådgive dig om, at mælken i dit køleskab er gået væk.

"Mulighederne er uendelige."