[ad_1]
Naukowcy z Uniwersytetu Wisconsin-Madison, kierowani przez profesora Randalla Goldsmitha, opracowali wysoce czułą metodę wykrywania i profilowania pojedynczych cząsteczek. Przełom ten może zwiększyć nasze zrozumienie tego, jak bloki budulcowe materii oddziałują ze sobą i może mieć wpływ na takie dziedziny, jak odkrywanie leków i rozwój zaawansowanych materiałów. Technika ta, opublikowana w czasopiśmie Nature, pozwala na obserwację pojedynczych cząsteczek bez użycia etykiet fluorescencyjnych, które mogą zmieniać cząsteczki i zaciemniać ich naturalne interakcje. Metoda zespołu wykorzystuje mikrorezonator optyczny lub mikrownękę do uwięzienia światła i interakcji z cząsteczką, dostarczając informacji o jej kształcie i ruchu.
Nowa metoda wykrywania pojedynczych cząsteczek
Naukowcy z Uniwersytetu Wisconsin-Madison opracowali wysoce czułą metodę wykrywania i profilowania pojedynczych cząsteczek. Ta nowa technika może potencjalnie zrewolucjonizować nasze zrozumienie tego, w jaki sposób fundamentalne elementy materii oddziałują ze sobą. Implikacje tego rozwoju mogą być dalekosiężne, wpływając na tak różne dziedziny, jak odkrywanie leków i rozwój zaawansowanych materiałów.
Metoda, opisana szczegółowo w czasopiśmie Nature, stanowi znaczący krok naprzód w dziedzinie obserwacji pojedynczych cząsteczek bez użycia etykiet fluorescencyjnych. Etykiety te, choć przydatne w wielu zastosowaniach, mogą zmieniać cząsteczki w sposób, który może zaciemniać ich naturalne interakcje. Nowa metoda bez etykiet sprawia, że cząsteczki są tak łatwe do wykrycia, prawie tak, jakby miały etykiety.
Potęga obserwacji pojedynczych cząsteczek
Zdolność do obserwowania zachowania i interakcji między poszczególnymi cząsteczkami ma kluczowe znaczenie dla kontekstualizacji informacji zebranych podczas badania materiałów i systemów biologicznych w większej skali. Taka perspektywa może często prowadzić do nowych spostrzeżeń. Jak wyjaśnia Randall Goldsmith, profesor chemii UW-Madison, który kierował pracami, zrozumienie złożonych systemów często sprowadza się do zrozumienia interakcji na poziomie pojedynczych cząsteczek.
Goldsmith zajmuje się badaniem pojedynczych cząsteczek od czasu studiów podoktoranckich na Uniwersytecie Stanforda, gdzie pracował pod kierunkiem chemika W.E. Moernera, który w 2014 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za opracowanie pierwszej metody wykorzystania światła do obserwacji pojedynczej cząsteczki.
Rola mikrorezonatorów optycznych
Metoda opracowana przez zespół UW-Madison opiera się na urządzeniu zwanym mikrorezonatorem optycznym lub mikrownęką. Mikrownęka to niezwykle mała przestrzeń, w której światło może być uwięzione zarówno w przestrzeni, jak i w czasie, umożliwiając interakcję z cząsteczką. Te mikrownęki są częściej spotykane w laboratoriach fizyki lub inżynierii elektrycznej, a nie w laboratoriach chemicznych.
Mikrownęki zbudowane są z niewiarygodnie małych luster umieszczonych bezpośrednio na światłowodzie. Te światłowodowe zwierciadła odbijają światło tam i z powrotem wiele razy bardzo szybko wewnątrz mikrownęki. Naukowcy pozwalają cząsteczkom wpadać do wnęki, przepuszczają przez nią światło i mogą nie tylko wykryć obecność cząsteczki, ale także uzyskać informacje na jej temat, takie jak szybkość poruszania się w wodzie. Informacje te można wykorzystać do określenia kształtu lub konformacji cząsteczki.
Implikacje dla odkrywania leków i nie tylko
Zrozumienie konformacji na poziomie molekularnym jest niezwykle ważne, szczególnie dla zrozumienia, w jaki sposób biomolekuły oddziałują ze sobą. Na przykład w procesie odkrywania leków kluczowe znaczenie ma zrozumienie, czy potencjalny lek może wchodzić w interakcje z białkiem w sposób, który wprowadza zmianę konformacyjną.
Obecne metody określania tego wymagają dużych ilości materiału próbki i czasochłonnych analiz. Goldsmith twierdzi, że dzięki nowo opracowanej technice mikrownęk „możemy potencjalnie zbudować narzędzie typu czarna skrzynka, które da nam odpowiedź w ciągu kilkudziesięciu sekund”.
Zespół złożył wniosek patentowy na urządzenie i planuje udoskonalić urządzenie i metody w ciągu najbliższych kilku lat. W międzyczasie rozważają już wiele sposobów, w jakie może ono być przydatne, w tym zastosowania w spektroskopii i innych sposobach poznawania cząsteczek.
Finansowanie i przyszłe osiągnięcia
Badania te były finansowane głównie przez National Institutes of Health, a budowa rezonatora była wspierana przez Q-NEXT Quantum Center, Departament Energii Stanów Zjednoczonych, Office of Science, National Quantum Information Science Research Center. Ponieważ zespół nadal udoskonala swoje urządzenie i metody, są podekscytowani potencjalnymi zastosowaniami i nowymi spostrzeżeniami, jakie to narzędzie może zapewnić w świecie cząsteczek.
[ad_2]