Как следить за отдельными молекулами

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