La vita dipende da una serie notevole di reazioni biochimiche. Comprendere il funzionamento delle biomolecole implica il monitoraggio in tempo reale di queste reazioni. Succede solo in minuscole frazioni di millisecondo, questo è molto difficile anche con strumenti ottici molto sensibili. Perciò, dottorato di ricerca il ricercatore Yuyang Wang usa una "nanotorcia plasmonica, " una singola nanoparticella metallica che illumina singole molecole fluorescenti, rendendo ora possibile rilevare quelle reazioni biochimiche ultraveloci. Wang difende il suo dottorato di ricerca. il 19 giugno.
Reazioni biochimiche, specialmente quelli che coinvolgono enzimi, sono ciò che rende possibile la vita. Lo studio di queste reazioni costituisce la base delle moderne scienze biofisiche, e una ricchezza di informazioni è stata rivelata sulla lunghezza e sui tempi coinvolti. Fino a poco tempo fa, le biomolecole e le loro interazioni sono state studiate a livello di insieme, dove molte molecole sono studiate su scale temporali molto più lunghe che in una reazione biochimica.
Affronta i puzzle biologici
La microscopia a fluorescenza a molecola singola (SMFM) è uno strumento essenziale per ottenere informazioni biologiche su sistemi molecolari complessi in cui sono richieste elevate risoluzioni temporali e spaziali. Usando SMFM, si possono affrontare gli enigmi biologici che sono tradizionalmente impossibili da risolvere. Questo perché la sensibilità della singola molecola dà accesso a differenze tempo per tempo e da molecola a molecola associate a processi biologici complicati, che sono nascosti nelle osservazioni a livello di insieme.
Però, la risoluzione temporale di SMFM è limitata dalla luminosità delle singole molecole a causa della loro intrinseca saturazione di fluorescenza ad alta potenza laser. Sono urgentemente necessari nuovi approcci per migliorare la luminosità per espandere le applicazioni di SMFM a regimi più veloci. Yuyang Wang ha quindi esplorato l'uso di singole nanoparticelle d'oro per aumentare la luminosità massima delle singole molecole.
Antenne su nanoscala
Nanoparticelle di metalli nobili, particelle d'oro o d'argento di dimensioni inferiori a 100 nanometri, si comportano come antenne su nanoscala. Le molecole di fluorescenza che si trovano nelle vicinanze di queste particelle sono significativamente influenzate e appaiono molto più luminose come se fossero illuminate da una "nanotorcia plasmonica". Wang ha prestato particolare attenzione al comportamento di saturazione delle singole molecole vicino alle particelle plasmoniche, poiché la saturazione limita la luminosità. Ha scoperto che le singole nanoparticelle plasmoniche modificano il comportamento di saturazione e aumentano la luminosità massima delle singole molecole fino a centinaia di volte. Ha anche sviluppato un approccio sistematico sia in teoria che in pratica per lavorare con queste nanoparticelle.
Per la prima volta le nanotorce plasmoniche singole vengono ora inizialmente applicate alla rilevazione di reazioni enzimatiche fluorogene, un passo significativo per spingere il miglioramento della fluorescenza nel campo dell'enzimologia a singola molecola. La ricerca di Wang fa progredire la comprensione della fluorescenza potenziata dai plasmoni e apre la strada allo studio dei processi biomolecolari veloci.
