(PhysOrg.com) -- Gli scienziati possono rilevare i movimenti di singole molecole utilizzando etichette fluorescenti o tirandole in delicate misurazioni di forza, ma solo per pochi minuti. Una nuova tecnica dei ricercatori della Rice University consentirà loro di tracciare singole molecole senza modificarle e funziona su tempi più lunghi.

Nel numero attuale di Nanotecnologia , un team guidato da Jason Hafner, professore associato di fisica e astronomia e di chimica, ha dimostrato che le proprietà plasmoniche delle nanoparticelle possono "accendere" le interazioni molecolari al limite della singola molecola in modi che saranno utili agli scienziati.

Il metodo di Hafner sfrutta la capacità delle nanoparticelle metalliche di focalizzare la luce su scale biomolecolari attraverso un effetto chiamato risonanza plasmonica superficiale localizzata (LSPR). Le nanoparticelle d'oro alla fine utilizzate nell'esperimento diffondono la luce nelle lunghezze d'onda visibili, che può essere rilevato e analizzato spettralmente in un microscopio.

"L'esatta lunghezza d'onda di picco della risonanza è altamente sensibile alle piccole perturbazioni nel vicino ambiente dielettrico, " ha detto la studentessa Kathryn Mayer, lo studente principale dell'esperimento. "Tracciando il picco con uno spettrometro, possiamo rilevare interazioni molecolari vicino alla superficie delle nanoparticelle".

Hafner ha discusso per la prima volta dei loro progressi in una conferenza del 2006 dopo una presentazione sulle nanostelle d'oro che il suo laboratorio aveva sviluppato. "Avevamo dati estremamente preliminari, e io dissi, "Forse ce l'abbiamo." pensavo fossimo vicini, " ha ricordato.

Ciò che ha richiesto tempo è stato trovare la particella giusta. "Abbiamo iniziato con i nanorod, che non diffondono bene la luce, almeno non le piccole nanobarre che produciamo nel mio laboratorio. Poi abbiamo provato le nanostelle e abbiamo scoperto che erano molto luminose e sensibili, ma ognuno aveva una forma diversa e aveva una lunghezza d'onda di picco diversa."

Il team ha optato per le bipiramidi, 140 nanometri di lunghezza, Particelle d'oro a 10 lati che focalizzano la luce sulle loro punte affilate, creando un "volume di rilevamento" simile a un alone, "l'ambiente dielettrico in cui i cambiamenti possono essere letti da uno spettrometro.

Hafner e i suoi colleghi hanno preso in prestito tecniche di chimica bioconiugata, rivestendo le bipiramidi con anticorpi e quindi aggiungendo antigeni che si legano fortemente a loro. Quindi gli antigeni sono stati risciacquati. Ogni volta che uno è stato liberato dal suo legame con l'anticorpo bipiramidale, i ricercatori hanno rilevato un leggero spostamento verso il blu nella luce rossa naturalmente diffusa dalle bipiramidi dorate.

Il processo è “senza etichetta, ” significa che la molecola stessa viene rilevata, piuttosto che un tag fluorescente che richiede la modifica della molecola, ha detto Hafner. Anche, la proprietà dielettrica rilevata è permanente, così le molecole potrebbero essere tracciate per più di 10 ore, rispetto ai pochi minuti con i metodi attuali.

"La capacità di misurare su scale temporali lunghe apre la possibilità di studiare sistemi con forte affinità al limite della singola molecola, come le interazioni lectina-carboidrato responsabili del riconoscimento e dell'adesione cellulare, " Hafner ha detto. "Altri metodi a singola molecola basati sulla fluorescenza sono limitati dallo sbiancamento fotografico, e quelli basati sulle misurazioni della forza sono limitati da danni da radiazioni e instabilità meccaniche".

È necessario lavorare prima che LSPR diventi un sensore biologico ideale, Egli ha detto. Il team prevede di modificare le bipiramidi e testerà altre particelle.

"Con questa bipiramide, siamo diventati un po' troppo rossi, " ha detto. "E 'un compromesso. Falli lunghi e sono molto sensibili, ma così rosso che non riceviamo molto segnale. rendili più corti, sono un po' meno sensibili ma hai più segnale.

"Se riusciamo ad aumentare il rapporto segnale-rumore di un fattore due o tre, pensiamo che sarà un metodo potente per la ricerca biologica."

Oltre a Mayer, I coautori di Hafner includevano Peter Nordlander, un professore di fisica e astronomia della Rice e di ingegneria elettrica e informatica, ex studente laureato Rice Feng Hao, ora borsista post-dottorato presso i Sandia National Laboratories, e lo studente laureato Rice Seunghyun Lee.