Wetenschappers van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hebben een op licht gebaseerd apparaat ontwikkeld dat kan fungeren als een biosensor, het detecteren van biologische stoffen in materialen; bijvoorbeeld, schadelijke pathogenen in voedselmonsters.

De huidige industriestandaard biosensoren hebben een beperkte gevoeligheid en precisie. Ze kunnen alleen cumulatieve effecten van groepen deeltjes detecteren, in plaats van individuele moleculen.

Maar de tool die het team ontwikkelde is 280 keer gevoeliger.

In samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin, ONS., onderzoekers van OIST's Light-Matter Interactions for Quantum Technologies Unit gebruikten deze tool, een soort optische resonator, hoge resolutie te creëren, realtime beelden van individuele nanodeeltjes. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in ACS Nano .

Chemie op nanoschaal

De laatste jaren, de OIST-wetenschappers hebben geëxperimenteerd met microbellenresonatoren, een type microresonator die bestaat uit een holle glazen schaal bevestigd aan een lange, dunne glazen capillair. De onderzoekers vullen een microbellenresonator met water. Vervolgens, als ze er lichtstralen op laten schijnen, lichtgolven circuleren snel door het water, waardoor wetenschappers fysische en chemische eigenschappen van deeltjes op het oppervlak van de resonator kunnen bestuderen.

Voor de huidige studie is de samenwerkende onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin bedekten de binnenkant van de glazen bol van de microbellenresonator met gouden nanostaafjes.

De wetenschappers scheen met een laserstraal om de nanostaafjes te verwarmen, observeerde toen hoe de vorm, oriëntatie, en de oppervlaktechemie van de nanostaafjes veranderde toen ze werden blootgesteld aan bepaalde chemicaliën en lichtvelden.

Toen de nanodeeltjes het licht absorbeerden, scheen erop, ze warmden op. Deze temperatuurstijgingen veroorzaakten verschuivingen in de lichtfrequenties die door de resonator worden uitgezonden, waardoor de wetenschappers verschuivingen in de temperatuur van nanodeeltjes kunnen meten en afbeelden met een ongelooflijk hoge resolutie.

Eigenlijk, de resonator werd een ongelooflijk gevoelig type thermometer, aldus de onderzoekers.

De volgende stap van de wetenschappers is om deze fotothermische meettechniek toe te passen op eiwitten, in plaats van nanodeeltjes, coating van de binnenkant van de resonator met eiwitten in plaats van gouden nanostaafjes. De onderzoekers hopen dat veranderingen in eiwitvorm de optische en thermische eigenschappen van de eiwitten zullen veranderen, waardoor ze moleculaire gebeurtenissen op het resonatoroppervlak verder kunnen bestuderen.

Aanvullend, de methode kan nuttig zijn voor het detecteren van kleine virussen of enkele DNA-strengen.

"Normaal gesproken zou je een elektronenmicroscoop nodig hebben als je afbeeldingen met een hoge resolutie van kleine eiwitten wilt maken, die het eiwit zou beschadigen, " zei dr. Jonathan Ward, een co-auteur van de studie. "Het potentieel voor commercialisering is hier enorm, Hoewel, er zijn nog veel technische uitdagingen te overwinnen."