UCLA fisici hanno creato un primo nel suo genere su scala nanometrica sensore utilizzando una singola molecola meno di 20 nanometri - più di 1.000 volte più piccolo dello spessore di un capello umano - le relazioni squadra nel numero del 24 giugno Atti del Accademia Nazionale delle Scienze. Il sensore nano molecolare potrebbe aiutare con la diagnosi precoce di malattie genetiche, e sono numerose altre applicazioni per la medicina, le biotecnologie e in altri campi, ha detto Giovanni Zocchi, assistente professore di fisica presso la UCLA, membro del California Institute nanosistemi e leader del team di ricerca. "Questo nanoscala singola molecola metodo potrebbe portare a miglioramenti significativi nella diagnosi precoce di malattie genetiche, compreso il numero crescente di forme di cancro per i quali sono noti marcatori genetici", ha detto Zocchi. "La più grande potenziali applicazioni di questo sensore può essere nel processo di scoperta di nuovi farmaci, dove la possibilità di misurare rapidamente la risposta di espressione genica delle cellule ai farmaci prospettiva è fondamentale". La National Science Foundation fondi federali la ricerca. Sensore di nanoscala Zocchi utilizza una singola molecola di riconoscere la presenza di una sequenza specifica breve in una miscela di molecole di DNA o RNA - che equivale a trovare un ago in un pagliaio. "Saggi tradizionali usano una procedura di media in grado di rilevare una quantità minima di molecole, ma il nostro metodo in grado di rilevare una sola", ha detto Zocchi. "Quando una molecola bersaglio si lega alla sonda del sensore, la molecola sonda cambia forma, e nella sua nuova conformazione, tira sul sensore. E 'notevole che una singola molecola può effettivamente spostare il sensore, perché le relative dimensioni sono paragonabili a una persona cercando di spostare una montagna, ma la massa non è di alcuna conseguenza a queste scale minuscole. " Il movimento del sensore viene rilevata da una tecnica ottica chiamata "scattering di onda evanescente", che analizza la luce che fuoriesce dietro uno specchio riflettente. Questa onda evanescente può essere utilizzato per rilevare con precisione la posizione di un oggetto "oltre" lo specchio. "Invece di rilevare la presenza del bersaglio, si rileva la conformazione cambio della sonda quando il bersaglio si lega ad esso," ha detto Zocchi. Squadra Zocchi è il primo a riferire le misurazioni dei cambiamenti conformazionali in una sola molecola di DNA su scala nanometrica. "Questo sensore singola molecola potrebbe essere una componente importante della 'un lab on a chip' la tecnologia per fare l'analisi chimica su un chip", ha detto Zocchi. Squadra Zocchi prevede di utilizzare il sensore in nanoscala per la ricerca leucemia sperimentale, per verificare se elevata sensibilità del sensore in grado di rilevare una recidiva di cancro in una fase precedente che ora è possibile. "Se siamo in grado di aumentare la sensibilità del rivelatore, allora potrebbe essere possibile rilevare malattie genetiche in una fase precedente", ha detto Zocchi. "Potrebbe diventare possibile diagnosticare la presenza di un'anomalia nel DNA in una fase iniziale, o l'espressione di un gene certo che non deve essere espresso. "Un sensore di singola molecola è, in linea di principio, la sensibilità straordinaria. A differenza dei precedenti esperimenti di singola molecola, che sono stati impraticabile complicato per applicazioni su larga scala, la semplicità di questo disegno si presta a numerose applicazioni. "Un efficiente alta sensibilità metodo sarebbe uno strumento importante per verificare come le cellule reagiscono a un nuovo farmaco. Il sensore nano potrebbe anche essere uno strumento utile per la ricerca sulle cellule staminali. Un sensore nano basati su questa tecnologia potrebbe rilevare tracce minime di biologico armi, sulla base di una firma caratteristica genetica. Questi sono i primi passi lungo un sentiero verso i dispositivi che ci aspettiamo sarà veramente utile. " Oltre alle applicazioni, Zocchi è interessato alla ricerca per motivi di scienza di base. "Come si regolano le funzioni delle cellule?" ha detto. "Nella cella, le proteine sono regolati da altre molecole che possono legarsi ad esso, cambiando la conformazione della proteina. Questo processo si chiama 'regolazione allosterica,' quando una molecola si lega a una proteina, cambiando la conformazione e l'attività della proteina . Sono interessato a questo cambiamento conformazionale, e nel comprendere le basi fisiche di questo meccanismo allosterico, che è centrale per la regolazione della cella. C'è una comprensione biologica di questo processo, ma non la comprensione della fisica. Vogliamo per imparare come il legame di questa molecola cambia la conformazione ". Zocchi co-autori del documento sono Mukta Singh-Zocchi, un fisico di ricerca UCLA; Sanhita Dixit, un erudito postdoctoral nel suo laboratorio, e Vassili Ivanov, uno studente laureato alla UCLA. Zocchi, che hanno aderito facoltà UCLA nel 1999 sulle attività di ricerca presso il Niels Bohr Institute di Copenhagen, in Danimarca, è esuberante per il futuro della ricerca sulle nanotecnologie nanosistemi presso il California Institute - una collaborazione tra UCLA e UC Santa Barbara - e altrove. "Il futuro sarà senza dubbio vedere nano-bio dispositivi composito applicato per eseguire le attività molecolare", ha detto Zocchi. "Alla fine questi sforzi getterà le basi per la creazione di sistemi artificiali con più e più delle caratteristiche che sono state riservate le cose viventi economia di scala permette natura di imballare il laboratorio più elaborati sulla Terra nel volume di una singola cellula batterica;. In il futuro, sistemi artificiali può avvicinarsi complessità simili. " |