Een onderzoeksgroep bestaande uit professor Takayuki Shibata en zijn collega's van de afdeling Werktuigbouwkunde, Toyohashi-universiteit voor technologie, heeft meer functionaliteiten gegeven aan atomaire krachtmicroscopie (AFM). Ons onderzoeksteam is erin geslaagd om levende cellen minimaal invasief te opereren met behulp van fotokatalytische oxidatie gecontroleerd in een ruimte op nanoschaal en het visualiseren van dynamische informatie over intracellulaire biomoleculen. Deze voorgestelde techniek voor het beheersen en visualiseren van het proces van celfunctie-expressie op een hoog niveau heeft een aanzienlijk potentieel als een sterk nanofabricage- en nanomeetsysteem om het mysterie van het leven op te lossen.

Een geïntegreerd begrip van levensverschijnselen en de beheersing daarvan zijn absoluut essentieel voor de verdere ontwikkeling van de medische en farmaceutische velden. Het proefschrift voor het creëren van levensinnovatie is het oplossen van de structuur en functie van biomoleculen zoals genomen, eiwitten, en suikerketens en lossen ook de functie van cellen op, die de basiseenheid zijn voor levensactiviteit. Daarom, we willen een technologie ontwikkelen voor minimaal invasieve chirurgie om levende cellen op moleculair niveau te targeten (Gods hand om de functie van cellen te manipuleren) en het visualiseren van veranderingen in het dynamische gedrag van intracellulaire biomoleculen en de toestand van celmembraaneiwit op een enkel moleculair niveau (Gods oog om de functie van cellen te zien), en zo een innovatief platform voor nanofabricage en nanometing te bieden om het mysterie van het leven op te lossen.

Hier, ons onderzoeksteam is erin geslaagd om twee nieuwe functies te geven aan atomic force microscopy (AFM). De eerste vooruitgang is om de top van een AFM-sonde te coaten met een dunne film van titaniumoxide (TiO ₂ ) bekend als een fotokatalysator. Door deze methode, de fotokatalytische reactie is gelokaliseerd in een ruimte op nanoschaal (100 nm-gebied) in de buurt van de top van de punt om minimaal invasieve celmembraanperforatie te bereiken. Als resultaat, de kans op celmembraanperforatie bereikt 100%, en een cellevensvatbaarheid van 100% wordt ook met succes bereikt, zodat we kunnen verifiëren dat minimaal invasieve chirurgie kan worden uitgevoerd. De tweede vooruitgang is het inbrengen van de top van een AFM-sonde bedekt met zilveren (Ag) nanodeeltjes in een levende cel. Zo zijn we erin geslaagd een gevoelig Raman-spectrum te verwerven dat afkomstig is uit eiwitten, DNA, lipiden, enz. (Tip-Enhanced Raman-spectroscopie, TER). Door deze methode, een verschil in de verhouding van biomoleculen tussen de kern van een cel en het cytoplasma werd gevisualiseerd als informatie in een cel, en er werd gevonden dat er een inverse correlatie is (een fenomeen dat naarmate men toeneemt, de andere neemt af) tussen eiwitten en glycogeen (ook wel dierlijk zetmeel genoemd) als tijdelijke veranderingen in biomoleculen in cellen.

Om tegelijkertijd nanofabricage- en nanomeetfuncties te bereiken, we zullen een tip-enhanced Raman spectroscopische (TERS) functie vaststellen door het oppervlak van een TiO . te coaten ² -gefunctionaliseerde AFM-sonde met Ag-nanodeeltjes in de toekomst. Deze functie zal het proces van afbraakreacties van organische stoffen kunnen visualiseren op basis van fotokatalytische oxidatie (veranderingen in moleculaire structuren) tijdens het celchirurgieproces. We zullen ook streven naar een middel voor het meten van een enkel molecuul in een doelcelmembraaneiwit met behulp van het hoge moleculaire herkenningsvermogen van een antigeen-antilichaamreactie, en we zullen ernaar streven een techniek te ontwikkelen voor selectieve nanofabricage voor een enkel molecuul in het doelmembraaneiwit dat met de bovengenoemde middelen wordt geïdentificeerd. Verwacht wordt dat deze voorgestelde techniek de mechanismen van levensfuncties kan oplossen en kan worden toegepast op werk zoals de ontwikkeling van nieuwe medicijnen.