Nanotorch fremhæver ultrahurtige biokemiske reaktioner

Livet afhænger af bemærkelsesværdige rækker af biokemiske reaktioner. Forståelse af biomolekylers funktion involverer overvågning i realtid af disse reaktioner. Det sker på kun små brøkdele af et millisekund, dette er meget vanskeligt selv med meget følsomme optiske instrumenter. Derfor, Ph.D. forsker Yuyang Wang bruger en 'plasmonisk nanolampe, "en enkelt metal nanopartikel, der belyser enkelte fluorescerende molekyler, gør det muligt nu at opdage disse ultrahurtige biokemiske reaktioner. Wang forsvarer sin ph.d. den 19 juni.

Biokemiske reaktioner, især dem, der involverer enzymer, er det, der gør livet muligt. Studiet af disse reaktioner danner grundlaget for moderne biofysiske videnskaber, og et væld af informationer er blevet afsløret om længden og tidsskalaerne. Indtil for nylig, biomolekyler og deres interaktioner blev undersøgt på ensembleniveau, hvor mange molekyler studeres på tidsskalaer meget længere end i en biokemisk reaktion.

Tag fat på de biologiske gåder

Enkeltmolekyle fluorescensmikroskopi (SMFM) er et væsentligt værktøj til at opnå biologisk indsigt i komplekse molekylære systemer, hvor høje tidsmæssige og rumlige opløsninger er påkrævet. Ved hjælp af SMFM, man kan tackle de biologiske gåder, der traditionelt er umulige at løse. Dette skyldes, at enkelt-molekyle følsomhed giver adgang til tid til tid og molekyle-til-molekyle forskelle forbundet med komplicerede biologiske processer, som er skjult i observationer på ensembleniveau.

Imidlertid, den tidsmæssige opløsning af SMFM er begrænset af lysstyrken af ​​enkelte molekyler på grund af deres iboende fluorescensmætning ved høj lasereffekt. Nye tilgange til at forbedre lysstyrken er tvingende nødvendige for at udvide anvendelserne af SMFM til hurtigere regimer. Yuyang Wang udforskede derfor brugen af ​​enkelt guld nanopartikler for at øge den maksimale lysstyrke af enkelte molekyler.

Nanoskala antenner

Ædelmetal nanopartikler, guld- eller sølvpartikler, der er mindre end 100 nanometer, opføre sig som nanoskala antenner. Fluorescensmolekyler, der er i nærheden af ​​disse partikler, påvirkes betydeligt og ser meget lysere ud, som om de blev oplyst af en "plasmonisk nanolampe." Wang var særlig opmærksom på mætningsadfærden af ​​enkelte molekyler nær plasmoniske partikler, da mætning begrænser lysstyrken. Han fandt ud af, at enkelte plasmoniske nanopartikler ændrer mætningsadfærden og øger den maksimale lysstyrke af enkelte molekyler med op til hundredvis af gange. Han udviklede også en systematisk tilgang både i teorien og i praksis til at arbejde med disse nanopartikler.

For første gang anvendes enkelte plasmoniske nanolamper nu i første omgang til påvisning af fluorogene enzymreaktioner, et væsentligt skridt til at skubbe fluorescensforbedring til feltet enkelt-molekyle enzymologi. Wangs forskning fremmer forståelsen af ​​plasmonforstærket fluorescens og baner vejen for at studere hurtige biomolekylære processer.