Videnskab giver ny måde at kigge ind i porer

Forskere fra Rice University ledede et projekt for at "se" og måle rummet i porøse materialer, selvom rummet er for lille eller skrøbeligt til traditionelle mikroskoper.

Rice lab af kemiker Christy Landes opfandt en teknik til at karakterisere sådanne nanoskala rum, et vigtigt fremskridt i retning af hendes gruppes igangværende projekt for effektivt at adskille "proteiner af interesse" til fremstilling af lægemidler. Det bør også gavne analysen af ​​porøse materialer af enhver art, som flydende krystaller, hydrogeler, polymerer og endda biologiske stoffer som cytosol, de opdelte væsker i celler.

Forskningen med samarbejdspartnere ved University of California, Los Angeles (UCLA) og Kansas State University optræder i American Chemical Society journal ACS Nano .

Det er let at bruge en fluorescerende kemisk forbindelse til at mærke, eller "etiket, "et materiale og tag et billede af det, Landes sagde. "Men hvad nu hvis det, du gerne vil have et billede af, stort set ikke er noget? Det er det problem, vi måtte løse for at forstå, hvad der foregik i separationsmaterialet."

Teamet sigter mod at forbedre proteinseparation i en proces kaldet kromatografi, hvor opløsninger flyder gennem porøst materiale i en søjle. Fordi forskellige materialer kører med forskellige hastigheder, komponenterne adskilles og kan renses.

"Vi lærte, at i agarose, et porøst materiale, der bruges til at adskille proteiner, klyngen af ​​afgifter er meget vigtig, "Sagde Landes. Mens proteinprojektet lykkedes, "da vi matchede eksperimentelle data med vores teori, der var noget yderligere, der bidrog til adskillelsen, som vi ikke kunne forklare. "

Svaret syntes at være med, hvordan ladede partikler som nanoskala ligander arrangerede sig i porerne. "Det var den eneste mulige forklaring, "Landes sagde." Så vi havde brug for en måde at forestille porerne på. "

Standardteknikker som atomkraft, Røntgen- og elektronmikroskopi ville kræve, at prøver enten blev frosset eller tørret. "Det ville enten krympe eller svulme op eller ændre deres strukturer, " hun sagde.

Det gik op for teamet at kombinere deres erfaring med den nobelprisvindende superopløsningsmikroskopi og fluorescenskorrelationsspektroskopiteknikker. Superopløselig mikroskopi er en måde at se objekter i opløsninger under diffraktionsgrænsen, som begrænser visningen af ​​ting, der er mindre end lysets bølgelængde rettet mod dem.

Korrelationsspektroskopi er en måde at måle fluorescerende partikler på, når de svinger. Ved at knuse data indsamlet via en kombination af superopløselig mikroskopi og korrelationsspektroskopi, forskerne kortlagde skiver af materialet for at se, hvor ladede partikler havde en tendens til at klynge sig.

Den kombinerede teknik, som de kalder fcsSOFI (for "fluorescens korrelation spektroskopi superopløsning optisk fluktuationsbilleddannelse"), måler fluorescerende mærker, når de diffunderer i porerne, som gør det muligt for forskere samtidigt at karakterisere dimensioner og dynamik i porerne. Laboratoriet testede sin teknik på både bløde agarose -hydrogeler og lyotropiske flydende krystaller. Næste, de planlægger at udvide deres kortlægning til tredimensionelle rum.

"Vi har nu begge brikker i vores puslespil:Vi kan se vores proteiner interagere med ladninger i vores porøse materiale, og vi kan måle porerne, "Landes sagde." Dette har direkte relevans for proteinseparationsproblemet for den farmaceutiske industri på 100 milliarder dollars. "