Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Optisk detektion af picomolære koncentrationer af RNA ved hjælp af switches i plasmonisk chiralitet

Kredit:Wiley

Selv små mængder vira kan have katastrofale konsekvenser. RNA-identifikation kan afsløre den type virus, der er til stede. En hurtig og følsom teknik baseret på optisk detektion er nu blevet skitseret i journalen Angewandte Chemie . Forskere fra Tyskland og Finland har påvist bindingen af ​​et RNA-mål til en sonde lavet af guld nanorods og en DNA-origami-struktur. Kiralitetskontakter udløst af binding kan måles ved cirkulær dikroismespektroskopi.

At identificere patogenet - ofte en virus - der plager en patient, er blandt de største udfordringer i sundhedsvæsenet. Virus ansvarlige for Zika feber, AIDS, og hepatitis C indeholder muterende RNA-sekvenser. Læger skal hurtigt vide, hvilken type virus deres patienter har fået, men nuværende teknikker baseret på multiplikation af RNA er dyre og tidskrævende. Nu, Tim Liedl fra Ludwigs-Maximilians-Universität i München, Tyskland, og hans kolleger, har udviklet en hurtig detektionsstrategi baseret på nanoplasmonik, DNA origami, og en optisk udlæsning.

Lys kan inducere plasmoniske bølger i metalstrukturer i nanostørrelse, der er mindre end bølgelængden af ​​det indfaldende lys. Denne resonans kan føre til stærkt forbedret lysemission selv fra nanoskopiske strukturer - en funktion, der er yderst interessant til biosensing-applikationer. Liedl og kolleger har skabt en sensing-probe i nanostørrelse for RNA-molekyler.

Sonden, et apparat i nanostørrelse lavet af DNA og guld nanorods, blev samlet ved den såkaldte DNA-origami-teknik, som udnytter DNA-basernes specifikke interaktioner til at folde og lime enkeltstrenge sammen i enhver ønsket form. Forfatterne konstruerede to stænger af parallelle DNA-spiraler, der er løst forbundet gennem et hængsel i midten af ​​stængerne. Guld nanorods blev placeret oven på hver af de krydsede stænger. Begge krydsende arme blev forsynet med funktionalitet i deres ender:forskerne knyttede en enkelt DNA-sekvens suppleret med en blokerende streng til den ene arm, og den komplementerende DNA-sekvens til den anden. I nærvær af mål-RNA, som kunne være en typisk viral RNA-sekvens, den blokerende streng ville forlade sit DNA til fordel for RNA-hybridisering, og begge enkelte DNA-sekvenser ville komplementært danne en dobbeltstreng, hvorved de to arme af krydset trækkes sammen. Denne strukturelle ændring introducerer chiralitet til sonden.

Kiralitet kan påvises med cirkulær dikroisme. Og sandelig, de strukturelle ændringer udløst af RNA-bindingen inducerede et cirkulært dikroismesignal, der kunne påvises med et CD-spektrometer. Koncentrationer så lave som 100 picomolar af mål-RNA'et blev genkendt, ifølge forfatterne. Forskerne håber at etablere denne teknik i laboratorie-på-en-chip-systemer, hvor få trin er nødvendige for prøveforberedelse og billige miniature-enheder fører til følsomme resultater. Foreløbige resultater på serum fra blod med tilsat viralt RNA var lovende.

Forfatterne indrømmer, at detektionsgrænserne stadig ikke er lave nok til at være klinisk relevante. Imidlertid, de mener, at forbedringer bør være mulige; inklusive, bedre beskyttelse af nanosensorerne mod serumproteiner, en ændring til bedre resonerende plasmoniske metaller, og udvidelse af RNA-genkendelsessteder. Dette kunne gøre teknikken til et lovende diagnostisk værktøj, der ikke nødvendigvis er begrænset til viralt RNA.


Varme artikler