(PhysOrg.com) -- Rohit Bhargava van de Universiteit van Illinois heeft een intrigerende nieuwe klasse van moleculaire sondes voor biomedisch onderzoek bedacht, nanoLAMP's genaamd. In tegenstelling tot de meeste sondes die worden gebruikt in de biogeneeskunde of andere soorten onderzoek, hebben ze geen kleurstoffen of fluorescentie nodig, maar, als een gewone huislamp, ze hebben wel een lichtschakelaar nodig om de moleculaire wereld te verlichten.

Bhargava en zijn medewerkers ontwikkelden de nanoLAMP's, wat staat voor Nano-Layered Metal-dielectric Particles, een probleem in biomedisch onderzoek oplossen:het onvermogen om meerdere moleculen tegelijk met een hoge mate van nauwkeurigheid en betrouwbaarheid te meten.

"Deze methode, in principe, zal ons in staat stellen om honderden moleculaire soorten kwantitatief in beeld te brengen van een enkel molecuul tot aan elke limiet, ' zei Bhargava.

In aanvulling, verschillende reportermoleculen kunnen worden ingebed in de nanoLAMP's, de mogelijkheid bieden om verschillende resultaten te verkrijgen en nog een reden waarom de sondes zo'n groot potentieel hebben voor gebruik in biomedisch onderzoek, vooral voor biomedische beeldvormingsdoeleinden.

"We hebben met dit ontwerp een bijna onbeperkte mogelijkheid om elk molecuul in te brengen en het als een marker te gebruiken, ’ zei Bhargava, een onderzoeker aan het Beckman Institute in Illinois. “Het hoeft geen kleurstof of fluorescerend molecuul te zijn, maar je hoeft alleen maar de moleculaire structuur van de verslaggever te veranderen.”

Bhargava's groep publiceerde het eerste artikel over de methode op 3 augustus, uitgave 2010 van de Proceedings van de National Academy of Sciences . De nieuwe methode maakt gebruik van een bestaande spectroscopische techniek genaamd Surface-enhanced Raman scattering (SERS) en maakt gebruik van nano-gelaagde metaal-diëlektrische deeltjes die oplichten wanneer ze worden blootgesteld aan laserlicht.

Bhargava zei dat het doorbraakaspect van deze methode is dat het in staat is om tekortkomingen in SERS te overwinnen door het ontwerp van de nanoschaalstructuur van LAMP's met behulp van klassieke elektromagnetische theorie en geavanceerde computerstrategieën.

De nanoLAMPS zijn gemaakt met een unieke concentrische, structuur met meerdere schillen die het mogelijk maakt om het elektrische veld rond een molecuul fijn af te stemmen. Ze pasten fundamentele elektromagnetische theorie toe om het elektrische veld te voorspellen, gebruikte vervolgens algoritmen en de rekenkracht van het National Center for Supercomputing Applications (NCSA) in Illinois om structuren voor Raman-verbetering te optimaliseren.

“Het is slim ontwerpen van nanostructuren op basis van zeer fundamentele fysica, ' zei Bhargava.

De nanoLAMPS hebben ook het voordeel dat ze de chemische effecten elimineren die worden waargenomen met SERS-verbeteringstechnieken, waardoor nauwkeurigere modellering mogelijk is.

"Het unieke aan dit artikel is dat we de chemische verbetering volledig hebben genegeerd door het molecuul van het oppervlak te ontkoppelen, ' zei Bhargava. "In plaats daarvan, we verankeren het molecuul in de diëlektrische laag tussen de metaallagen. Als gevolg hiervan, heel, heel weinig moleculen zijn zelfs maar dicht bij het oppervlak; ze bevinden zich allemaal in de diëlektrische laag. Dat betekent dat we het chemische effect volledig kunnen elimineren en alleen kunnen vertrouwen op het elektromagnetische effect voor verbetering.”

De nanoLAMP's hebben een herkenningslink die het doelmolecuul verbindt met de multi-shell, ui-achtige structuur die het reportermolecuul bevat. Een laserlicht wordt gebruikt om de nanodeeltjes te prikkelen en signalen van het doelmolecuul te verkrijgen. De nanoLAMP's kunnen betrouwbare, kwantitatieve metingen van een enkel molecuul of van honderden moleculen, en van meerdere soorten. De gebruikte deeltjes zijn ontworpen om stabiel te zijn en zullen na verloop van tijd niet vergaan, en verschillende metalen of zelfs kleurstoffen kunnen erin worden gebruikt.

“Het is een ongelooflijk flexibel platform, ' zei Bhargava. “Hiermee kun je elke moleculaire soort in beeld brengen, biedt vele routes naar fabricage, en je kunt er elke kleurstof in doen die je wilt, elke verslaggever, gebruik bijna elk metaal dat je leuk vindt.

Bhargava zei dat het acroniem LAMPs geschikt is.

“Lampen verlichten de weg naar het ‘zien’ van moleculen en de mogelijkheid is altijd aan, maar je moet er met een lichtstraal op raken om een ​​reactie terug te krijgen, " hij zei. "Het is alsof je een schakelaar omdraait als je er met een laser op schijnt."