Kombineret teknik måler nanostrukturer 10 gange bedre end før

Forskere ved Leiden University og TU Delft har kombineret to teknikker, der bruges til at måle strukturen af ​​biomolekyler, skabe en metode, der er 10 gange mere følsom. Med denne nye metode, de håber bedre at kunne bestemme strukturen af ​​biomolekyler. Dette er vigtigt, da et biomolekyles struktur ofte bestemmer dets funktion. Det samme gælder for mere komplekse organiske forbindelser såsom proteiner, som kan gennemgå flere formændringer i løbet af deres livscyklus, giver dem mulighed for at udføre forskellige opgaver.

Ligesom din højre hånd er spejlbilledet af din venstre hånd, mange molekyler har også en spejlet version. Og selvom de ser næsten ens ud, et venstrehåndsmolekyle fungerer ofte meget anderledes end et højrehåndet. Et velkendt eksempel på dette er stoffet thalidomid, som blev markedsført i begyndelsen af ​​1960'erne som en sikker sovepille, selv for gravide. Lægemidlet bestod af en blanding af venstrehåndede og højrehåndede varianter af det aktive molekyle, men kun det venstrehåndede molekyle havde den ønskede effekt. Det højrehåndede molekyle viste sig at være giftigt, forårsager, at tusindvis af babyer bliver født med deforme lemmer verden over.

Spejlbillede

Molekyler, der har et spejlbillede af sig selv, kaldes chirale molekyler. Og på grund af forskellen i biologiske egenskaber mellem venstre- og højrehåndede molekyler, chiralitet er et fænomen, der studeres bredt i naturvidenskaberne.

En vigtig metode til at måle, om et molekyle er venstre- eller højrehåndet, er cirkulær dikroisme. Med denne teknik, forskere fokuserer cirkulært polariseret lys, der roterer til venstre eller højre på en prøve og måler derefter, hvordan lyset absorberes. Da molekyler med forskellig hånd absorberer lys forskelligt, forskere kan bruge denne teknik til at bestemme forholdet mellem disse molekyler i en prøve. Brug af forskellige farver (bølgelængder) af lys, de kan endda finde ud af, hvordan et protein foldes. Dette er vigtigt, da proteiner ofte gennemgår strukturelle ændringer i løbet af deres livscyklus, med disse ændringer, der påvirker deres adfærd.

Bedre signal

Problemet med cirkulær dikroisme er, at det resulterende signal normalt er meget svagt. "Det betyder, at du har brug for meget tid til at indsamle dit signal, " forklarer TU Delft-forsker Martin Caldarola. "Du kan sammenligne det med lukkerhastigheden på et kamera. Jo længere lukkertid, jo mere lys kommer der til detektoren. Dermed, svagere objekter kan ses." At øge antallet af molekyler eller proteiner i en prøve ville også føre til et bedre signal. Men i nogle tilfælde er det meget svært at opnå.

Leiden- og Delft-forskerne har nu kombineret cirkulær dikroisme med en anden eksisterende teknik, kaldet fototermisk billeddannelse. Denne metode kan bruges til at måle, hvor mange fotoner et molekyle absorberer. Den eksperimentelle indsats fra Michel Orrits gruppe ved Leiden Universitet førte til den første arbejdsopsætning. En forbedret version, der giver forskerne mulighed for at tage de næste skridt i projektet, blev realiseret på TU Delft. "Ved at kombinere cirkulær dikroisme med fototermisk billeddannelse, vi opnåede en følsomhed, der er 10 gange højere end med cirkulær dikroisme alene, " siger Caldarola. For at bevise, at metoden virker, forskerne lavede venstrehåndede og højrehåndede kopier af en gylden nanostruktur, der fungerede som et kunstigt molekyle. De målte derefter succesfuldt håndheden af ​​disse nanostrukturer.

Forskernes ultimative drøm er at kunne påvise chiraliteten af ​​et enkelt biomolekyle. Den store fordel ved cirkulær dikroisme er, at man ikke er afhængig af de fluorescerende mærker, som forskere nu ofte sætter på deres molekyler for at følge dem. "Disse etiketter fungerer godt, men de virker kun i en begrænset periode. Efter det, dit eksperiment er slut, " siger Caldarola. "I teorien, vores metode skal give os mulighed for at måle biologiske processer, så længe vi vil."

Der er stadig meget, der skal gøres, før det bliver en realitet, selvom. "Desværre, vi er endnu ikke i stand til at opdage enkelte molekyler, " siger Caldarola. "For at gøre dette, vi skal forbedre følsomheden med en faktor på omkring tusind. Lyder det umuligt? Måske er det ikke. "Vi har allerede måder at gøre teknikken hundrede gange mere følsom på. Derfra er det kun et lille skridt."