Физики из Университета Райса (США) разработали технологию, позволяющую отслеживать поведение отдельных молекул в течение многих часов.
Чтобы засечь движение отдельных молекул, ученым приходится как-то изменять их - например, ввести в состав молекулы флуоресцентную метку или как-то повлиять на движение молекулы. В любом случае, за движением молекулы удается следить в течение нескольких минут, не больше. Физики из Университета Райса (Rice University, США) создали технологию, позволяющую им отслеживать отдельные молекулы, не изменяя их - причем в течение не минут, а часов.
Посвященная работе статья была опубликована в журнале Nanotechnology. Исследовательская группа, работавшая под руководством Джейсона Хафнера (Jason Hafner), доцента факультета физики и астрономии Университета Райса, показала, что плазмонные свойства наночастиц способны <подсвечивать> молекулярные взаимодействия на уровне отдельных молекул.
В основе метода Хафнера лежит так называемый локальный поверхностный плазмонный резонанс (localized surface plasmon resonance, LSPR). Плазмонный резонанс - это поверхностное возбуждение плазмонов посредством света; в данном случае он локален - плазмоны возникают на наночастицах золота, помещенных в раствор. Рассеиваемый на этих частицах свет на видимых длинах волн можно засечь и подвергнуть спектральному анализу, наблюдая за резонансом.
<Пиковая длина волны при резонансе очень чувствительна к малым изменениям в диэлектрических свойствах среды>, - комментирует Кэтрин Майер, студентка Университета Райса и ведущий автор работы. - <Отслеживая пик с помощью спектрометра, можно следить за молекулярными взаимодействиями близ поверхности наночастиц>.
Идея использовать наночастицы золота возникла у Хафнера еще в 2006 году, когда в его лаборатории были впервые получены золотые наночастицы сложной формы, многолучевые <нанозвезды>. Сначала для рассеяния света использовались крошечные наностержни, однако они рассеивали свет недостаточно хорошо. Для нанозвезд оказалось слишком трудно контролировать их форму и, следовательно, пиковую длину волны. Ученые остановились на многогранниках-бипирамидах с 10 гранями, размером порядка 140 нанометров каждый.
Для наблюдения за биологическими молекулами золотые частицы-бипирамиды покрывались слоем антител. С этими антителами сцеплялись антигены. Затем антигены <смывались> с наночастицы. Когда разрывалась связь между антигеном и антителом на поверхности бипирамиды, исследователи регистрировали в рассеиваемом бипирамидой красном свете небольшое смещение в сторону синей части спектра.
Что замечательно, нет нужды как-то менять при этом саму молекулу - например, добавляя флуоресцентную метку, отмечает Хафнер. Поскольку изменение диэлектрических свойств среды сохраняется, за поведением молекулы можно наблюдать до 10 часов - по сравнению со сроком всего в несколько минут, считающимся нормой в современных методах.
Такой метод открывает возможность наблюдения за долгими процессами на молекулярном уровне - например, за лектин-карбогидратными взаимодействиями, отвечающими за адгезию клеток и их <узнавание> в организме, в том числе и человеческом.
Впрочем, перспективный метод еще нуждается в доработке. Исследователи считают, что бипирамидальная форма частиц - это временный, компромиссный вариант. Слишком вытянутые бипирамиды отличаются высокой чувствительностью, но дают слишком малый сигнал; сжатые - напротив, сами недостаточно чувствительны. Хафнер и его коллеги считают, что если в будущем удастся повысить отношение уровня сигнала к уровню шума еще на один-два порядка, их разработка может стать эффективнейшим методом для биологических исследований.
Источник: Информнаука со ссылкой на media.rice.edu
