Lille opdagelse har et stort løfte om kræft -nanoteknologi

Da et team af forskere ved University of Cincinnati opdagede en ny nanostruktur, der viste betydeligt højere egenskaber til brug inden for teknologi, der kan gøre det muligt for læger at se og ødelægge kræftceller, de vidste, at de var i gang med noget spændende.

Men strukturen i den nye SERS nanotag, som det hedder, var så roman, at teamet - ledet af Laura Sagle, en adjunkt i kemi, med UC -kandidatstuderende Debrina Jana, Jie He og Ian Bruzas - var tabt i at forstå, hvad der genererede de lovende data, eller hvordan de bedst optimeres.

Indtast Zohre Gorunmez.

Den fjerdeårs ph.d.-studerende krediteres for at have gennemført næsten tre års komplekse og detaljerede beregninger for bedre at forstå den nye nanotag. Hun vil præsentere sine resultater på American Physical Society's møde i marts, afholdt 14-18 marts i Baltimore.

"Det var beregninger, som ingen på campus havde foretaget før, "forklarede Sagle, der fungerer som rådgiver for Gorunmez. "Zohre, hovedsageligt alene og uden megen vejledning og hjælp, fik disse beregninger til at køre. "

Opdagelsen kom i 2013 som en del af Sagle Lab-forskningsgruppens arbejde med at udvikle nye metoder til at studere og undersøge enkeltmolekyler ved hjælp af en teknik kaldet overfladeforbedret Raman-spektroskopi, eller SERS.

Teknikken retter sig mod molekyler ved hjælp af lasere, hvilket resulterer i en spredning af lys ved forskellige bølgelængder langs et spektrum. Fordi molekylerne producerer svage signaler, guld eller sølv nanopartikler bruges til at forstærke dem, som måles med et spektrometer til analyse.

Processen er yderst følsom og fyldt med udfordringer, herunder vanskeligheder med reproducerbarhed, signalstabilitet og mangel på kvantitativ information.

Teamet kiggede på tidligere forskning, som viste større forbedring fra molekyler, der befinder sig inden for et nanometer hul mellem en struktur med en glat metallisk kerne og skal. Men dette ene nanometergab - 100, 000 gange mindre end bredden på et menneskehår - er ofte svært og dyrt at producere, hvilket resulterer i mangel på udbredt brug.

Teamet noterede sig også anden populær forskning ved hjælp af guldnanostarer, en søfrugtformet partikel, der har givet mulighed for større forbedring, men er meget variabel på grund af den vanskelige at kontrollere antallet og størrelsen af ​​de spidsede spidser.
Inspireret, holdet besluttede at kombinere de to koncepter og skabe en struktur bestående af en glat indre metallisk kerne omgivet af en pigget metallisk ydre skal med en afstand på tre nanometer - en tilgang, der aldrig før er skabt, Sagle sagde.

Den nyoprettede nanotag producerede 10 gange større signalforbedring i forhold til kernestrukturer med glat skal, gør det muligt at påvise små mængder organiske molekyler, såsom DNA, for bestemte sygdomme, hun sagde.

Ikke kun det, de piggede strukturer er mere effektive til at generere varme, nyttig til at ødelægge kræftceller, og tilbyde et øget overfladeareal, der kan rumme flere lægemidler for at levere en større målrettet blast til syge celler, sagde Sagle.

"Dette giver dig mulighed for at målrette, billed- og frigivelsesmedicin alt sammen med en enhed, "forklarede hun.

Selvom opdagelsen i sig selv var ny, Sagle vidste, at holdets lovende nanotag skulle analyseres yderligere, forstået og modelleret, før det kunne bruges i biologiske applikationer. Det var her Gorunmez kom ind.

Under vejledning af Thomas Beck, professor i kemi, Gorunmez lærte ny kode og programmering til at beregne de komplicerede data. Hendes bidrag viste sig at være uvurderlige, sagde Sagle, tjene hende en plads som co-førsteforfatter på papiret med detaljer om opdagelsen.

"Med Zohres beregninger, det var et meget bedre papir, der viste, at vi lavede noget nyt, det viste bedre egenskaber, og vi forstår i nogen grad hvorfor, " hun sagde."

Gorunmez sagde, at mens arbejdet viste sig at være udfordrende, løftet om, hvad dataene rummer til brug i biohealth -applikationer, fik hende til at fortsætte.

"Det er nyt. Jeg er sikker på, at det vil hjælpe forskere inden for medicinsk forskning med at bruge disse strukturer til at få det, de har brug for. Ved at vide, at dette gør mig begejstret, " hun sagde.