Этот процесс, разработанный в Бостонском университете Хатидже Алтуг и ее учеником Роненом Адато, объединяет методы инфракрасного обнаружения и наночастицы золота. Это потенциально может сделать возможным совершенно новый класс измерений, что станет критическим шагом в понимании основных биологических функций, а также ключевых аспектов прогрессирования и лечения заболевания. «Наша технология может оказаться полезной для изучения поведения белков, лекарств и клеток в крови или загрязнителей в воде», — говорит Хатидже Алтуг.
Сейчас научный сотрудник EPFL Dr.
Результаты Алтуг опубликованы в Nature Communications.
Как гитарная струна
Устройство основано на хорошо известной методике обнаружения, называемой инфракрасной абсорбционной спектроскопией.
Инфракрасный свет уже можно использовать для обнаружения элементов: луч возбуждает молекулы, которые начинают колебаться по-разному в зависимости от их размера, состава и других свойств. «Это похоже на то, как струна гитары колеблется по-разному в зависимости от ее длины», — объясняет Хатидже Алтуг. Уникальная вибрация каждого типа молекулы действует как сигнатура этой молекулы.
Этот метод очень хорошо работает в сухой среде, но не очень хорошо в водной среде. "Чтобы их можно было обнаружить, необходимо присутствие большого количества молекул. Также сложнее обнаружить молекулы в воде, поскольку, когда луч проходит через раствор, молекулы воды также вибрируют и влияют на сигнатуру целевой молекулы », — объясняет доктор.
Алтуг.
Использование наночастиц для захвата и освещения молекул
Чтобы обойти эти препятствия, исследователи разработали систему, способную изолировать целевые молекулы и устранять помехи.
Устройство размером с пенни состоит из миниатюрных жидкостных камер, которые с одной стороны покрыты наноразмерными частицами золота с удивительными свойствами. «Мы покрываем поверхность наночастиц, например, антителами, чтобы прикрепить к ним определенный белок или химическое вещество», — объясняет исследователь. "Как только раствор, содержащий целевые элементы, вводится в камеру, наночастицы действуют как улавливатели молекул.«Этот метод позволяет изолировать целевые молекулы от остальной жидкости.
Но это не единственная роль, которую играют наночастицы. Они также способны концентрировать свет в объемах нанометрового размера вокруг своей поверхности в результате плазмонного резонанса.
В камере луч не должен проходить через весь раствор. Вместо этого он направляется прямо к наночастице, которая концентрирует свет. Оказавшись в ловушке, целевые молекулы — единственные, на которые так интенсивно воздействуют фотоны.
Реакция между молекулами и инфракрасными фотонами чрезвычайно сильна, что означает, что их можно очень точно обнаружить и наблюдать. «Этот метод позволяет нам наблюдать молекулы на месте, поскольку они реагируют с элементами в их естественной среде. Это может оказаться чрезвычайно полезным как для медицины, так и для биологии », — заявляет д-р. Алтуг.
Использование в медицинских исследованиях
Еще одним преимуществом является то, что чип чрезвычайно компактен и может быть подключен к уже используемым микроскопам. «Для проведения анализа нам не нужны большие выборки, — говорит Ронен Адато.
В дальнейшем Хатидже Алтуг намерена продолжить свои исследования с упором на медицинские приложения. Первые тесты были проведены с обычными молекулами антител, и теперь анализы необходимо отрегулировать. "Мне бы очень хотелось поработать с другими исследователями биологических наук, больницами и биологами. Меня особенно интересует использование моего метода при изучении заболеваний, включая рак и неврологические расстройства, для наблюдения за действием определенных лекарств на больные клетки или для обнаружения биомаркеров болезней, например."