Wetenschappers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om verborgen biochemische routes met afzonderlijke moleculen op nanoschaal bloot te leggen.

Een team van onderzoekers van het Living Systems Institute van de University of Exeter gebruikte licht om een ​​manier te vinden om de structuur en eigenschappen van individuele moleculen in realtime te volgen.

Door deze innovatieve benadering heeft het team moleculen tijdelijk kunnen verbinden om een ​​cruciale lens in hun dynamiek te bieden.

De studie is gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift Natuurcommunicatie .

De structuur van individuele moleculen en hun eigenschappen, zoals chiraliteit, is moeilijk te peilen.

In de nieuwe studie onder leiding van professor Frank Vollmer, de groep kon op nanoschaal reacties waarnemen die anders ontoegankelijk zouden zijn.

Thiol / disulfide-uitwisseling - of de belangrijkste manier waarop disulfidebindingen worden gevormd en herschikt in een eiwit - is nog niet volledig onderzocht op evenwicht op het niveau van één molecuul, mede omdat dit niet optisch kan worden opgelost in bulkmonsters.

Echter, licht kan rond microscopisch kleine glazen bollen circuleren om resonanties te vormen. Het ingesloten licht kan dan herhaaldelijk interageren met zijn omgeving. Door gouden nanodeeltjes aan de bol te bevestigen, licht wordt versterkt en ruimtelijk beperkt tot de grootte van virussen en aminozuren.

De resulterende optoplasmonische koppeling zorgt voor de detectie van biomoleculen die de nanodeeltjes naderen terwijl ze zich hechten aan het goud, losmaken, en op verschillende manieren met elkaar omgaan.

Ondanks de gevoeligheid van deze techniek, er ontbreekt specificiteit. Moleculen zo eenvoudig als atomaire ionen kunnen worden gedetecteerd en bepaalde dynamiek kan worden onderscheiden, toch kunnen we ze niet noodzakelijkerwijs discrimineren.

Serge Vincent merkt op:"Het heeft even geduurd voordat we konden bepalen hoe we op betrouwbare wijze afzonderlijke moleculen konden bemonsteren. Voorwaartse en achterwaartse reactiesnelheden bij evenwicht worden gecompenseerd en, tot op zekere hoogte, we probeerden de sluier op te lichten over deze subtiele dynamiek."

Reactieroutes die worden gereguleerd door disulfidebindingen kunnen interacties beperken tot enkele thiol-detectieplaatsen op de nanodeeltjes. De hoge betrouwbaarheid van deze benadering zorgt voor een nauwkeurige sondering van de kenmerken van moleculen die de reactie ondergaan.

Door linkers op het gouden oppervlak te plaatsen, interacties met gethioleerde soorten worden geïsoleerd op basis van hun lading en de cyclus zelf.

Sensorsignalen hebben duidelijke patronen met betrekking tot de aanwezigheid van reductiemiddel. Als het is, het signaal oscilleert op een gecontroleerde manier, terwijl als dat niet zo is, de oscillaties worden stochastisch.

Voor elke reactie kan de monomeer- of dimeertoestand van de vertrekkende groep worden opgelost.

Verrassend genoeg, de optoplasmonische resonantie verschuift in frequentie en/of veranderingen in lijnbreedte wanneer enkele moleculen ermee interageren. In veel gevallen suggereert dit resultaat een plasmon-vibrationele koppeling die zou kunnen helpen bij het identificeren van individuele moleculen, eindelijk karakterisering bereiken.

Professor Frank Vollmer zei:"Dit uitstekende werk van mijn promovendus, Serge Vincent, maakt de weg vrij voor veel toekomstige analysetechnieken met één molecuul waar we alleen maar van gedroomd hebben. Het is een cruciale stap voor ons project ULTRACHIRAL. ULTRACHIRAL streeft naar doorbraken in de manier waarop we licht gebruiken om chirale moleculen te analyseren."