Oplyser nanopartiklernes verden

Forskere ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har udviklet en lys-baseret enhed, der kan fungere som en biosensor, påvisning af biologiske stoffer i materialer; for eksempel, skadelige patogener i fødevareprøver.

Nuværende industristandard biosensorer har begrænset følsomhed og præcision. De kan kun detektere kumulative effekter af grupper af partikler, snarere end individuelle molekyler.

Men værktøjet, som teamet udviklede, er 280 gange mere følsomt.

I samarbejde med forskere fra University of Wisconsin, OS., forskere i OIST'S Light-Matter Interactions for Quantum Technologies Unit brugte dette værktøj, en type optisk resonator, at skabe høj opløsning, realtidsbilleder af individuelle nanopartikler. Deres resultater er offentliggjort i ACS Nano .

Kemi på nanoskala

I de sidste mange år, OIST-forskerne har eksperimenteret med mikrobobleresonatorer, en type mikroresonator, der består af en hul glasskal fastgjort til en lang, tynd glaskapillar. Forskerne fylder en mikrobobleresonator med vand. Derefter, når de skinner lysstråler på den, lysbølger cirkulerer hurtigt gennem vandet, giver videnskabsmænd mulighed for at studere fysiske og kemiske egenskaber af partikler på resonatorens overflade.

For nærværende undersøgelse, de samarbejdende forskere fra University of Wisconsin beklædte indersiden af ​​mikrobobleresonatorens glaskugle med guld nanorods.

Forskerne udstrålede en laserstråle for at opvarme nanoroderne, så observerede, hvordan formen, orientering, og nanorodernes overfladekemi ændrede sig, da de blev udsat for visse kemikalier og lysfelter.

Når nanopartiklerne absorberede, skinnede lyset på dem, de varmede op. Disse temperaturstigninger forårsagede skift i lysfrekvenserne udsendt af resonatoren, giver forskerne mulighed for at måle og afbilde skift i nanopartikeltemperaturen i en utrolig høj opløsning.

I det væsentlige, resonatoren blev en utrolig følsom type termometer, sagde forskerne.

Forskernes næste skridt er at anvende denne fototermiske sensorteknik på proteiner, snarere end nanopartikler, belægning af indersiden af ​​resonatoren med proteiner i stedet for guld nanorods. Forskerne håber, at ændringer i proteinformen vil ændre proteinernes optiske og termiske egenskaber, giver dem mulighed for yderligere at studere molekylære hændelser på resonatoroverfladen.

Derudover metoden kan være nyttig til at påvise bittesmå vira eller enkelte DNA-strenge.

"Normalt hvis du ønsker at få billeder i høj opløsning af bittesmå proteiner, har du brug for et elektronmikroskop - hvilket ville beskadige proteinet, " sagde Dr. Jonathan Ward, medforfatter til undersøgelsen. "Potentialet her for kommercialisering er enormt, Selvom, der er stadig mange tekniske udfordringer at overvinde."