Dankzij een nieuw apparaat ter grootte van een mensenhaar, het is nu mogelijk om moleculen in een vloeibare oplossing te detecteren en hun interacties te observeren. Dit is van groot belang voor de wetenschappelijke gemeenschap, omdat er momenteel geen betrouwbare manier is om zowel het gedrag als de chemische structuur van moleculen in een vloeistof in realtime te onderzoeken.

Ontwikkeld aan de Boston University door Hatice Altug en haar student Ronen Adato, het proces brengt infrarooddetectietechnieken en gouden nanodeeltjes samen. Het zou potentieel een hele nieuwe klasse van metingen mogelijk kunnen maken, wat een cruciale stap zou zijn in het begrijpen van fundamentele biologische functies, evenals de belangrijkste aspecten van ziekteprogressie en behandeling. "Onze technologie zou nuttig kunnen zijn voor het bestuderen van het gedrag van eiwitten, medicijnen en cellen in het bloed of verontreinigende stoffen in water", zegt Hatice Altug.

Nu heeft een onderzoeker bij EPFL Dr. Altug haar resultaten gepubliceerd in: Natuurcommunicatie .

Als een gitaarsnaar

Het apparaat is gebaseerd op een bekende detectietechniek die infraroodabsorptiespectroscopie wordt genoemd. Infraroodlicht kan al worden gebruikt om elementen te detecteren:de straal prikkelt de moleculen, die op verschillende manieren beginnen te trillen, afhankelijk van hun grootte, samenstelling en andere eigenschappen. "Het is als een gitaarsnaar die anders trilt, afhankelijk van de lengte, " legt Hatice Altug uit. De unieke vibratie van elk type molecuul fungeert als een handtekening voor dat molecuul.

Deze techniek werkt erg goed in droge omgevingen, maar helemaal niet goed in waterige omgevingen. "Er moet een groot aantal moleculen aanwezig zijn om ze te detecteren. Het is ook moeilijker om moleculen in water te detecteren, zoals wanneer de straal door de oplossing gaat, de watermoleculen trillen ook en interfereren met de handtekening van het doelmolecuul, " legt Dr. Altug uit.

Nanodeeltjes gebruiken om moleculen te vangen en te verlichten

Om deze obstakels te omzeilen, de onderzoekers hebben een systeem ontwikkeld dat de doelmoleculen kan isoleren en interferenties kan elimineren.

De grootte van een cent, het apparaat bestaat uit miniatuur vloeistofkamers, die aan één kant bedekt zijn met nanoschaal gouddeeltjes met verrassende eigenschappen. "We bedekken het oppervlak van de nanodeeltjes met, bijvoorbeeld, antilichamen, om een ​​specifiek eiwit of chemische stof eraan te laten kleven, " legt de onderzoeker uit. "Zodra de oplossing met de beoogde elementen in de kamer is gebracht, de nanodeeltjes fungeren als molecuulvangers." Deze techniek maakt het mogelijk om de doelmoleculen te isoleren van de rest van de vloeistof.

Maar dit is niet de enige rol die de nanodeeltjes spelen. Ze zijn ook in staat om licht te concentreren in volumes van nanometergrootte rond hun oppervlak als gevolg van plasmonische resonantie.

In de kamer, de straal hoeft niet door de hele oplossing te gaan. In plaats daarvan, het wordt rechtstreeks naar het nanodeeltje gestuurd, die het licht concentreert. Gevangen in de val, de doelmoleculen zijn de enige die zo intens worden blootgesteld aan de fotonen.

De reactie tussen de moleculen en de infraroodfotonen is extreem sterk, waardoor ze zeer nauwkeurig kunnen worden gedetecteerd en geobserveerd. "Deze techniek stelt ons in staat om moleculen in situ te observeren terwijl ze reageren met elementen in hun natuurlijke omgeving. Dit zou buitengewoon nuttig kunnen zijn voor zowel de geneeskunde als de biologie, " zegt Dr. Altug.

Gebruik in medisch onderzoek

Een ander voordeel is dat de chip uiterst compact is en kan worden aangesloten op reeds in gebruik zijnde microscopen. "We hebben geen grote steekproefomvang nodig om onze analyses uit te voeren, " zegt Ronen Adato.

Vooruit gaan, Hatice Altug is van plan haar onderzoek voort te zetten met een focus op medische toepassingen. De eerste tests zijn uitgevoerd met gewone antilichaammoleculen, en de analyses moeten nu worden verfijnd. "Ik zou heel graag willen samenwerken met andere biowetenschappelijke onderzoekers, ziekenhuizen en biologen. Ik ben vooral geïnteresseerd in het gebruik van mijn methode bij de studie van ziekten, waaronder kanker en neurologische aandoeningen, om het effect van bepaalde medicijnen op zieke cellen te observeren of om biomarkers voor ziekten op te sporen, bijvoorbeeld."