UCLA fysikere har skabt en første af sin art nanoskala sensor ved hjælp af et enkelt molekyle mindre end 20 nanometer lange - mere end 1.000 gange mindre end tykkelsen af et menneskehår - holdet rapporter i juni 24 spørgsmålet om Afvikling af National Academy of Sciences. Nano molekylære Sensoren kan hjælpe med tidlig diagnosticering af genetiske sygdomme, og har mange andre applikationer til medicin, bioteknologi og andre områder, sagde Giovanni Zocchi, assisterende professor i fysik ved UCLA, medlem af California nanosystemer Institut og leder af forskerholdet. "Dette nanoskala enkelt-molekyle metode kan føre til betydelige forbedringer i tidlig diagnosticering af genetiske sygdomme, herunder det stigende antal af kræftformer, som genetiske markører er kendt," Zocchi sagt. "Den største potentielle anvendelsesmuligheder for denne sensor kan være i lægemiddelforskning proces, hvor muligheden for hurtigt at måle genekspression svar af celler til potentielle lægemidler er afgørende." The National Science Foundation føderalt midler til forskning. Zocchi er nanoskala sensor bruger et enkelt molekyle til at genkende forekomsten af et specifikt kort sekvens i en blanding af DNA eller RNA-molekyler - som han svarer på at finde en nål i en høstak. "Traditionelle analyser bruge et gennemsnit procedure, der registrerer et minimum af molekyler, men vores metode kan opdage en eneste," Zocchi sagt. "Når et mål molekyle binder sig til sonden i sensoren, sonden molekyle ændrer form, og i sin nye kropsbygning, trækker på sensoren. Det er bemærkelsesværdigt, at et enkelt molekyle faktisk kan flytte sensor, fordi den relative størrelse kan sammenlignes med en person forsøger at flytte et bjerg, men massen er uden betydning på disse miniscule skalaer. " Bevægelsen af sensoren er opdaget af en optisk teknik kaldet "flygtige bølge spredning", som analyserer lys, der siver ud bag et reflekterende spejl. Det flygtige wave kan bruges til at fornemme netop placeringen af et objekt "hinsides" spejlet. "I stedet for at påvise tilstedeværelsen af målet, registrerer vi de skiftende kropsbygning af sonden, når målet binder sig til det," Zocchi sagt. Zocchi team er den første til at rapportere målinger af konformationelle ændringer i et enkelt dna-molekyle på nanometer skala. "Dette enkelt molekyle sensor kunne være en vigtig bestanddel af 'et laboratorium på en chip"-teknologi til at gøre kemiske analyse på en chip, "Zocchi sagt. Zocchi team planer om at benytte nanoskala sensor til eksperimentel leukæmi forskning, for at teste, om sensorens høje følsomhed kan registrere en gentagelse af kræft på et tidligere tidspunkt, end det er nu muligt. "Hvis vi kan øge følsomheden af detektoren, så kan det være muligt at påvise genetiske sygdomme på et tidligere tidspunkt," Zocchi sagt. "Det kan blive muligt at diagnosticere tilstedeværelsen af en abnormitet i DNA på et tidligt tidspunkt, eller udtryk for et bestemt gen, der ikke bør komme til udtryk. "En enkelt molekyle sensor er i princippet, ekstraordinære følsomhed. Modsætning til tidligere enkelt molekyle eksperimenter, som var urimeligt kompliceret for store applikationer, giver enkelhed af dette design sig til mange applikationer. "Et effektivt med høj følsomhed metode ville være et vigtigt redskab til at teste, hvordan cellerne reagerer på et nyt lægemiddel. Nano-sensor kan også være et nyttigt redskab til stamcelleforskning. En nano sensor baseret på denne teknologi potentielt kan detektere små spor af biologiske våben, baseret på en egenskab genetisk signatur. Disse er de første skridt ned ad en sti mod enheder, som vi forventer vil være virkelig nyttige. " Ud over de applikationer, er Zocchi interesseret i forskning af hensyn til den grundlæggende videnskab. "Hvordan man regulere de funktioner i cellerne?" sagde han. "I cellen, er proteiner reguleres af andre molekyler, der kan binde sig til det, ændre kropsbygning af proteinet. Denne proces kaldes 'allosterisk regulering," når et molekyle binder sig til et protein, ændre kropsbygning og aktiviteten af proteinet . Jeg er interesseret i denne konformationelle forandring, og forstå det fysiske grundlag af denne allosterisk mekanisme, som er central for reguleringen i cellen. Der er en biologisk forståelse af denne proces, men ikke en forståelse af fysik. Vi ønsker at lære, hvordan bindingen af dette molekyle ændrer kropsbygning. " Zocchi er medforfattere af papiret er Mukta Singh-Zocchi, en UCLA forskning fysiker; Sanhita Dixit, postdoc i sit laboratorium, og Vassili Ivanov, en UCLA ph.d.-studerende. Zocchi, der kom UCLA har fakultetet i 1999 efter at udføre forskning på Niels Bohr Instituttet i København, Danmark, er overstrømmende om fremtiden for forskning i nanoteknologi på California nanosystemer Institute - et samarbejde mellem UCLA og UC Santa Barbara - og andre steder. "Fremtiden vil utvivlsomt se nano-bio komposit enheder anvendes til at udføre molekylære opgaver," Zocchi sagt. "I sidste ende disse bestræbelser vil lægge grunden for at skabe kunstige systemer med flere og flere af de karakteristika, der er unik for levende ting stordriftsfordele gør det muligt for naturen at pakke det mest udbyggede laboratorium på Jorden i mængden af en enkelt bakteriecelle;. I fremtiden, kunstige systemer, kan tilgang lignende kompleksitet. " |