Onderzoekers van de Universiteit van Jyväskylä (Finland) en de Universiteit van Tampere (Finland) hebben samen met BioNavis Ltd (Finland) een nieuw nanoactuatorsysteem ontwikkeld, waar conformatie van biomolecuul kan worden afgestemd door een elektrisch veld en onderzocht met behulp van optische eigenschappen van gouden nanodeeltjes.

In de afgelopen decennia is nanoactuatoren voor detectie of sondering van verschillende biomoleculen hebben grote belangstelling gewekt, bijvoorbeeld op het gebied van biomedische, voedsel- en milieu-industrie. Om meer veelzijdige hulpmiddelen te bieden voor actieve moleculaire controle op nanometerschaal, onderzoekers van de Universiteit van Jyväskylä en de Universiteit van Tampere hebben een nanoactuatorschema bedacht, waar gouden nanodeeltjes (AuNP) vastgebonden op een geleidend oppervlak omkeerbaar worden verplaatst met behulp van elektrische velden, terwijl het zijn positie optisch bewaakt via veranderingen van zijn plasmonresonantie. Krachten geïnduceerd door de AuNP-beweging op het molecuul dat het nanodeeltje verankert, kan worden gebruikt om de conformatie te veranderen en te bestuderen.

"Gerelateerde studies gebruiken organische of anorganische interfaces of materialen als sondes. Ons idee was om deze twee domeinen samen te smelten om het beste uit beide werelden te halen, ", zegt postdoctoraal onderzoeker Kosti Tapio.

Meer mogelijkheden om moleculen te bestuderen

Volgens de huidige studie, er werd aangetoond dat AuNP's verankerd via haarspeld-DNA-molecuul extra discretisatie in hun beweging ervoeren als gevolg van het openen en sluiten van de haarspeldlus in vergelijking met de vlakte, enkelstrengs DNA.

"Deze bevinding zal conformationele studies van verschillende verschillende interessante biomoleculen mogelijk maken, of zelfs virussen, ", zegt universitair hoofddocent Vesa Hytönen van de Protein Dynamics Group van de Universiteit van Tampere.

Naast het bestuderen van de structuur en het gedrag van moleculen, dit schema kan worden uitgebreid tot oppervlakte-verbeterde spectroscopieën zoals SERS, omdat de afstand tussen het deeltje en het geleidende oppervlak en dus de plasmonresonantie van het nanodeeltje omkeerbaar kan worden afgestemd.

"In het verleden zijn nanodeeltjessystemen ontwikkeld met afstembare optische eigenschappen na fabricage, maar meestal zijn de afstemmingsprocessen onomkeerbaar. Onze aanpak biedt meer aanpasbaarheid en mogelijkheden als het gaat om de detectiegolflengten en moleculen, ", stelt universitair hoofddocent Jussi Toppari van de Universiteit van Jyväskylä.

Het onderzoek werd gefinancierd door de Academie van Finland (OMA—programmeerbare materialen) en de Finse Culturele Stichting (het Centraal Finland Regionaal Fonds). Auteurs danken BioNavis Ltd voor apparatuur en essentiële expertise in de SPR-analyse.