UCLA fysikere har laget en første i sitt slag nanoskala sensoren ved hjelp av et enkelt molekyl mindre enn 20 nanometer lang - mer enn 1000 ganger mindre enn tykkelsen av et hårstrå - teamet rapporterer i 24 juni utgave av Proceedings of the National Academy of Sciences. Nano molekylære sensor kunne hjelpe med tidlig diagnostisering av genetiske sykdommer, og har en rekke andre applikasjoner for medisin, bioteknologi og andre felt, sa Giovanni Zocchi, assisterende professor i fysikk ved UCLA, medlem av California nanosystemer Institute og leder av forskerteamet. "Dette nanoskala single-molekyl metode kan føre til betydelige forbedringer i tidlig diagnostisering av genetiske sykdommer, inkludert økende antall kreftformer som genetiske markører er kjent," Zocchi sa. "Den største mulige bruksområder for denne sensoren kan være i drug discovery prosessen, der muligheten for raskt å måle genuttrykk respons av celler til potensielle narkotika er avgjørende." The National Science Foundation midler federally forskningen. Zocchi er nanoskala sensor bruker et enkelt molekyl til å gjenkjenne tilstedeværelsen av en bestemt kort sekvens i en blanding av DNA eller RNA molekyler - som han tilsvarer finne en nål i en høystakk. "Tradisjonell assays bruker en gjennomsnittlig prosedyre som registrerer et minimum av molekyler, men vår metode kan oppdage en eneste en," Zocchi sa. "Når et mål molekyl binder seg til sonden i sensoren, sonden molekylet endrer form, og i sin nye konformasjon, trekker på sensoren. Det er bemerkelsesverdig at en enkelt molekyl kan faktisk flytte sensoren, fordi den relative størrelser er sammenlignbare med en person prøver å flytte et fjell, men massen er ingen konsekvens på disse ørsmå skjell. " Bevegelse av sensoren er oppdaget av en optisk teknikk som kalles "evanescent bølge spredning", som analyserer lyset som lekker ut bak et reflekterende speil. Dette evanescent bølgen kan brukes til fornuft nøyaktig posisjonen til et objekt "bortenfor" speilet. "I stedet for å påvise tilstedeværelse av målet, oppdager vi endrer konformasjon av sonden når målet binder seg til det," Zocchi sa. Zocchi team er de første til å rapportere målinger av bygningsmessige endringer i en enkelt DNA-molekyl på nanometer skala. "Det eneste molekyl sensoren kan være en viktig del av" en lab on a chip "-teknologi for å gjøre kjemiske analyser på en chip," Zocchi sa. Zocchi team planer om å bruke nanoskala sensor for eksperimentell leukemi forskning, for å teste om sensorens høy følsomhet kan oppdage et tilbakefall av kreft på et tidligere stadium enn det er nå mulig. "Hvis vi kan øke følsomheten til detektoren, så kan det være mulig å oppdage genetiske sykdommer på et tidligere stadium," Zocchi sa. "Det kan bli mulig å diagnostisere tilstedeværelsen av en abnormitet i DNA på et tidlig stadium, eller uttrykk for et bestemt gen som ikke bør uttrykkes. "En enkelt molekyl sensor har i prinsippet ekstraordinær følsomhet. Motsetning til tidligere eneste molekyl eksperimenter, som ble impractically komplisert for storskala applikasjoner, gir enkelheten til dette designhotellet seg til mange applikasjoner. "En effektiv høy følsomhet metoden ville være et viktig verktøy for å teste hvordan celler reagerer på et nytt legemiddel. Den nano sensoren kan også være et nyttig verktøy for stamcelleforskning. En nano sensor basert på denne teknologien potensielt kan oppdage minutt spor av biologisk våpen, basert på en karakteristisk genetisk signatur. Dette er de første skritt nedover en sti mot enheter som vi forventer vil være veldig nyttig. " I tillegg til søknadene, er Zocchi interessert i forskning på grunn av grunnleggende vitenskap. "Hvordan regulerer dere funksjonene i cellene?" sa han. "I cellen, er proteiner reguleres av andre molekyler som kan binde seg til det, endre konformasjon av proteinet. Denne prosessen kalles 'allosteric regulering," når et molekyl binder seg til et protein, endre konformasjon og aktiviteten av proteinet . Jeg er interessert i dette konformasjonsendring, og i å forstå det fysiske grunnlaget i denne allosteric mekanismen, som er sentralt i reguleringen i cellen. Det er en biologisk forståelse av denne prosessen, men ikke en forståelse av fysikken. Vi ønsker å lære hvordan bindingen av dette molekylet endrer konformasjon. " Zocchi er medforfattere av papiret er Mukta Singh-Zocchi, en UCLA forskning fysiker, Sanhita Dixit, en postdoktor forsker i sitt laboratorium, og Vassili Ivanov, en UCLA graduate student. Zocchi, som sluttet UCLA fakultet i 1999 etter forskning ved Niels Bohr instituttet i København, Danmark, er frodig om fremtiden for nanoteknologi ved California nanosystemer Institute - et samarbeid mellom UCLA og UC Santa Barbara - og andre steder. "Fremtiden vil utvilsomt se nano-bio kompositt enheter brukt til å utføre molekylære oppgaver," Zocchi sa. "Til syvende og sist dette arbeidet vil legge grunnlaget for å skape kunstige systemer med mer og mer av karakteristikkene som er unik for levende ting stordriftsfordeler lar naturen å pakke det mest forseggjorte laboratorium på jorden i volumet av en enkelt bakterie celle;. I fremtiden, kunstige systemer kan nærme lignende kompleksitet. " |