Wetenschappers van de Universiteit van Leeds hebben een cruciale stap voorwaarts gezet in de bio-nanotechnologie, een veld dat biologie gebruikt om nieuwe instrumenten voor de wetenschap te ontwikkelen, technologie en geneeskunde.

De nieuwe studie, vandaag in print gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters , laat zien hoe stabiele 'lipidemembranen' - de dunne 'huid' die alle biologische cellen omgeeft - kunnen worden aangebracht op synthetische oppervlakken.

belangrijk, de nieuwe techniek kan deze lipidemembranen gebruiken om te 'tekenen' - vergelijkbaar met het gebruik ervan als biologische inkt - met een resolutie van 6 nanometer (6 miljardste van een meter), die veel kleiner is dan wetenschappers eerder voor mogelijk hadden gehouden.

"Dit is kleiner dan de actieve elementen van de meest geavanceerde siliciumchips en belooft het vermogen om functionele biologische moleculen te positioneren - zoals die die betrokken zijn bij smaak, geur, en andere zintuiglijke rollen – met hoge precisie, nieuwe hybride bio-elektronische apparaten te creëren, " zei professor Steve Evans, van de School of Physics and Astronomy aan de University of Leeds en co-auteur van het artikel.

In de studie, de onderzoekers gebruikten iets dat Atomic Force Microscopy (AFM) wordt genoemd, dat is een beeldvormingsproces met een resolutie van slechts een fractie van een nanometer en werkt door een object te scannen met een minuscule mechanische sonde. AFM, echter, is meer dan alleen een beeldvormingstool en kan worden gebruikt om materialen te manipuleren om nanostructuren te creëren en om stoffen op nanogroottegebieden te 'tekenen'. Dit laatste wordt 'nanolithografie' genoemd en was de techniek die professor Evans en zijn team in dit onderzoek gebruikten.

Het vermogen om fragmenten van lipidemembraan met zo'n hoge precisie controleerbaar te 'schrijven' en 'positioneren' werd bereikt door de heer George Heath, een promovendus van de School of Physics and Astronomy aan de University of Leeds en de hoofdauteur van het onderzoekspaper.

De heer Heath zei:"De methode lijkt veel op het inkten van een pen. in plaats van met vloeibare inkt te schrijven, we laten de lipidemoleculen – de inkt – eerst drogen op de punt. Hierdoor kunnen we dan onder water schrijven, wat de natuurlijke omgeving is voor lipidemembranen. Eerder, andere onderzoeksteams hebben zich gericht op schrijven met lipiden in de lucht en zijn er alleen in geslaagd een resolutie van microns te bereiken, die duizend keer groter is dan wat we hebben aangetoond."

Het onderzoek is van fundamenteel belang om wetenschappers te helpen de structuur te begrijpen van eiwitten die worden aangetroffen in lipidemembranen, die 'membraaneiwitten' worden genoemd. Deze eiwitten controleren wat er in onze cellen kan worden binnengelaten, om ongewenste materialen te verwijderen, en tal van andere belangrijke functies.

Bijvoorbeeld, we ruiken dingen vanwege membraaneiwitten die 'olfactorische receptoren' worden genoemd, die de detectie van kleine moleculen omzetten in elektrische signalen om onze reukzin te stimuleren. En veel medicijnen werken door zich te richten op specifieke membraaneiwitten.

"Momenteel, wetenschappers kennen slechts de structuur van een klein handjevol membraaneiwitten. Ons onderzoek effent de weg om de structuur van de duizenden verschillende soorten membraaneiwitten te begrijpen, om de ontwikkeling van veel nieuwe medicijnen mogelijk te maken en om ons inzicht te geven in een reeks ziekten, " legde professor Evans uit.

Naast biologische toepassingen, dit onderzoeksgebied zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de productie van hernieuwbare energie.

In samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Sheffield, Professor Evans en zijn team beschikken over alle membraaneiwitten die nodig zijn om een ​​volledig werkende nabootsing te maken van de manier waarop planten zonlicht opvangen. Eventueel, de onderzoekers zullen de biologische eenheden willekeurig kunnen verwisselen en vervangen door synthetische componenten om een ​​nieuwe generatie zonnecellen te creëren.

Professor Evans concludeert:"Dit maakt deel uit van het opkomende gebied van synthetische biologie, waarbij technische principes worden toegepast op biologische onderdelen - of het nu gaat om het opvangen van energie, of om kunstmatige neuzen te maken voor de vroege detectie van ziekten of gewoon om u te informeren dat de melk in uw koelkast bedorven is.

"De mogelijkheden zijn eindeloos."