Wetenschappers van Rice University leidden een project om de ruimte in poreuze materialen te "zien" en te meten, zelfs als die ruimte te klein of te kwetsbaar is voor traditionele microscopen.

Het Rice-lab van chemicus Christy Landes vond een techniek uit om dergelijke ruimten op nanoschaal te karakteriseren, een belangrijke stap vooruit in het lopende project van haar groep om "belangrijke eiwitten" efficiënt te scheiden voor de productie van geneesmiddelen. Het zou ook ten goede moeten komen aan de analyse van allerlei soorten poreuze materialen, zoals vloeibare kristallen, hydrogels, polymeren en zelfs biologische stoffen zoals cytosol, de gecompartimenteerde vloeistoffen in cellen.

Het onderzoek met medewerkers van de University of California, Los Angeles (UCLA) en Kansas State University verschijnen in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano .

Het is gemakkelijk om een ​​fluorescerende chemische verbinding te gebruiken om te taggen, of "etiket, " een materiaal en maak er een foto van, aldus Landes. "Maar wat als het ding waarvan je een foto wilt hebben meestal niets is? Dat is het probleem dat we moesten oplossen om te begrijpen wat er in het scheidingsmateriaal aan de hand was."

Het team wil de eiwitscheiding verbeteren in een proces dat chromatografie wordt genoemd, waarin oplossingen door poreus materiaal in een kolom stromen. Omdat verschillende materialen met verschillende snelheden reizen, de componenten scheiden en kunnen worden gezuiverd.

"We hebben geleerd dat in agarose, een poreus materiaal dat wordt gebruikt om eiwitten te scheiden, het clusteren van lasten is erg belangrijk, " zei Landes. Hoewel het eiwitproject slaagde, "Toen we experimentele gegevens aan onze theorie koppelden, er was nog iets dat bijdroeg aan de scheiding dat we niet konden verklaren."

Het antwoord leek te zijn met hoe geladen deeltjes zoals liganden op nanoschaal zich in de poriën rangschikten. "Het was de enige mogelijke verklaring, "Zei Landes. "Dus we hadden een manier nodig om de poriën in beeld te brengen."

Standaardtechnieken zoals atoomkracht, Röntgen- en elektronenmicroscopie vereisen dat monsters worden ingevroren of gedroogd. "Dat zou ofwel krimpen of zwellen of hun structuren veranderen, " ze zei.

Het kwam bij het team op om hun ervaring te combineren met de Nobelprijswinnende superresolutiemicroscopie en fluorescentiecorrelatiespectroscopietechnieken. Superresolutiemicroscopie is een manier om objecten te zien met resoluties onder de diffractielimiet, die het bekijken van dingen die kleiner zijn dan de golflengte van het licht dat erop gericht is, beperkt.

Correlatiespectroscopie is een manier om fluorescerende deeltjes te meten terwijl ze fluctueren. Door gegevens te kraken die zijn verzameld via een combinatie van superresolutiemicroscopie en correlatiespectroscopie, de onderzoekers brachten plakjes van het materiaal in kaart om te zien waar geladen deeltjes de neiging hadden om te clusteren.

De gecombineerde techniek, die ze fcsSOFI noemen (voor "fluorescentiecorrelatiespectroscopie met superresolutie optische fluctuatiebeeldvorming"), meet fluorescerende tags terwijl ze in de poriën diffunderen, waarmee onderzoekers tegelijkertijd dimensies en dynamiek in de poriën kunnen karakteriseren. Het lab testte zijn techniek op zowel zachte agarose-hydrogels als lyotrope vloeibare kristallen. Volgende, ze zijn van plan hun mapping uit te breiden naar driedimensionale ruimtes.

"We hebben nu beide stukjes van onze puzzel:we kunnen onze eiwitten zien interageren met ladingen in ons poreuze materiaal, en we kunnen de poriën meten, " zei Landes. "Dit heeft directe relevantie voor het eiwitscheidingsprobleem voor de farmaceutische industrie van $ 100 miljard."