Door de structuur van de antenne van de zijdemot na te bootsen, Onderzoekers van de Universiteit van Michigan leidden de ontwikkeling van een betere nanoporie --- een klein tunnelvormig hulpmiddel dat het begrip van een klasse van neurodegeneratieve ziekten, waaronder de ziekte van Alzheimer, zou kunnen bevorderen.

Een paper over het werk is onlangs online gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie . Dit project wordt geleid door Michael Mayer, een universitair hoofddocent bij de UM-afdelingen van Biomedical Engineering en Chemical Engineering. Ook samenwerken zijn Jerry Yang, een universitair hoofddocent aan de Universiteit van Californië, San Diego en Jiali Li, een universitair hoofddocent aan de Universiteit van Arkansas.

Nanoporiën --- in wezen gaten die in een siliciumchip zijn geboord --- zijn minuscule meetapparatuur waarmee afzonderlijke moleculen of eiwitten kunnen worden bestudeerd. Zelfs de beste nanoporiën van vandaag verstoppen gemakkelijk, dus de technologie is nog niet algemeen toegepast in het laboratorium. Verbeterde versies zullen naar verwachting een grote zegen zijn voor snellere, goedkopere DNA-sequencing en eiwitanalyse.

Het team ontwikkelde een olieachtige coating die interessante moleculen opsluit en soepel door nanoporiën transporteert. De coating stelt onderzoekers ook in staat om de grootte van de porie aan te passen met bijna atomaire precisie.

"Dit geeft ons een verbeterd hulpmiddel om biomoleculen te karakteriseren, "Zei Mayer. "Het stelt ons in staat om inzicht te krijgen in hun grootte, opladen, vorm, concentratie en de snelheid waarmee ze verzamelen. Dit zou ons kunnen helpen om een ​​diagnose te stellen en te begrijpen wat er mis gaat in een categorie van neurodegeneratieve ziekten waaronder Parkinson, Huntington en Alzheimer."

Mayer's "vloeibare lipide dubbellaag" lijkt op een coating op de antenne van de mannelijke zijdemot die hem helpt om nabijgelegen vrouwelijke motten te ruiken. De coating vangt feromoonmoleculen in de lucht op en voert ze door nanotunnels in het exoskelet naar zenuwcellen die een bericht naar de hersenen van de bug sturen.

"Deze feromonen zijn lipofiel. Ze binden zich graag aan lipiden, of vetachtige materialen. Dus raken ze gevangen en geconcentreerd op het oppervlak van deze lipidelaag in de zijdemot. De laag smeert de beweging van de feromonen naar de plaats waar ze moeten zijn. Onze nieuwe coating heeft hetzelfde doel, ' zei Mayer.

Een van de belangrijkste onderzoekssporen van Mayer is het bestuderen van eiwitten die amyloïde-bèta-peptiden worden genoemd en waarvan wordt gedacht dat ze stollen tot vezels die de hersenen bij de ziekte van Alzheimer beïnvloeden. Hij is geïnteresseerd in het bestuderen van de grootte en vorm van deze vezels en hoe ze zich vormen.

"Met bestaande technieken kun je het proces niet goed volgen. We wilden de klontering van deze peptiden zien met behulp van nanoporiën, maar elke keer dat we het probeerden, de poriën verstopt, "Zei Mayer. "Toen maakten we deze coating, en nu werkt ons idee."

Om nanoporiën in experimenten te gebruiken, onderzoekers plaatsen de met poriën geprikte chip tussen twee kamers met zout water. Ze laten de moleculen van belang in een van de kamers vallen en sturen een elektrische stroom door de porie. Terwijl elk molecuul of eiwit door de porie gaat, het verandert de elektrische weerstand van de porie. De hoeveelheid waargenomen verandering vertelt de onderzoekers waardevolle informatie over de grootte van het molecuul, elektrische lading en vorm.

Vanwege hun kleine voetafdruk en lage stroomvereisten, nanoporiën kunnen ook worden gebruikt om biologische strijdmiddelen te detecteren.

Een onderzoekshoogtepunt over dit werk zal verschijnen in een komende editie van Nature. Het artikel is getiteld "Controlling protein translocation through nanopores with bio-geïnspireerde vloeistofwanden."