Jak postavit lepší „nanoporézní“ biosenzor?

Vědci strávili více než tři desetiletí vývojem miniaturních biosenzorů, které dokážou identifikovat jednotlivé molekuly. Za pět až deset let, kdy tato zařízení mohou hrát klíčovou roli v ordinacích lékařů, mohou detekovat molekulární markery rakoviny և další nemoci և vyhodnotit účinnost léčby těchto nemocí.

Pomozte tomu uskutečnit: propagujte to Přesnost: և Rychlost těchto měření, vědci potřebují najít způsoby, jak lépe porozumět tomu, jak molekuly interagují s těmito senzory. Vědci z Národního institutu pro standardy (NIST) a University of Virginia Collaboration (VCU) nyní vyvinuli nový přístup. O svých výsledcích informovali v nedávném čísle Pokrok ve vědě,

Tým postavil svůj biosenzor vytvořením umělé verze biologického materiálu, který tvoří buněčnou membránu. Známá jako lipidová dvojvrstva, obsahuje malý pór o průměru asi 2 nanometry (jedna miliardtina metru) obklopený tekutinou. Iony rozpuštěné v kapalině procházejí nanočásticemi a vytvářejí malý elektrický proud. Když je však požadovaná molekula zatlačena do membrány, částečně blokuje tok proudu. Síla this této blokády slouží jako otisk prstu pro určení velikosti a vlastností konkrétní molekuly.


K detekci molekul mohou vědci použít typ biopsie nazývaný nanopór, malý otvor v membráně, který umožňuje tekutině protékat. Když molekula zájmu pronikne póry, částečně blokuje tok proudu, což signalizuje, že ji vědci mohou použít k identifikaci molekuly. Aby však bylo možné provést dobré měření, musí molekula sedět uvnitř pórů dostatečně dlouho. Vědci NIST používají laserové světlo k měření energie molekul při jejich průchodu nanopóry. Získané informace by mohly vědcům pomoci navrhnout optimalizované póry pro detekci určitých molekul. Půjčka: Sean Kelly / Informační studio

Aby bylo možné provádět přesná měření velkého počtu jednotlivých molekul, musí molekuly, které nás zajímají, zůstat v nanočástice po dobu, která není ani příliš dlouhá, ani příliš krátká (doba „zlatých bloků“), v rozmezí od 100 miliontin do 10 000 vteřin. Že většina molekul během tohoto období zůstane v malém objemu nanočástic, pouze pokud je nanočástice nějak drží na místě. To znamená, že prostředí nanočástic musí poskytovat určitou bariéru, jako je zvýšení elektrostatické síly nebo změna nanočástic, což ztěžuje únik molekul.

Minimální energie potřebná k prolomení bariéry se u každého typu molekuly liší; je možné, aby biosenzor pracoval efektivně a přesně. Výpočet této hodnoty zahrnuje měření několika vlastností spojených s energií molekuly při jejím průchodu póry.

Kriticky je cílem měřit, zda k interakci mezi molekulou a jejím prostředím dochází primárně chemickou vazbou nebo schopností molekuly volně se pohybovat, pohybovat, zachytávat a uvolňovat v průběhu celého procesu.

Doposud z řady technických důvodů chyběla spolehlivá měření pro extrakci těchto energetických složek. V nové studii tým vedený Josephem Oze Robertsonem z NIST a Josephem Oze Rainerem z VCU prokázal schopnost měřit tyto energie pomocí rychlého laserového ohřevu.

Měření musí být prováděno při různých teplotách a laserový ohřívací systém zajišťuje, že změny teploty nastanou rychle a budou reprodukovatelné. To vědcům umožňuje dokončit měření za méně než 2 minuty, ve srovnání s 30 a více minutami, které by jinak byly nutné.

„Bez tohoto nového laserového ohřívacího zařízení naše zkušenosti naznačují, že měření prostě nebudou provedena. „Byly by velmi časově náročné a nákladné,“ řekl Robertson. „V zásadě jsme vyvinuli nástroj, který může změnit vývojový kanál senzoru nanopigmentů tak, aby rychle snížil předpoklady detekce senzoru,“ dodal.

Po provedení energetických měření mohou pomoci zjistit, jak molekula interaguje s nanočásticemi. Vědci pak mohou tyto informace použít k určení nejlepších strategií pro detekci molekul.

Zvažte například molekulu, která interaguje s nanočásticemi hlavně prostřednictvím chemických, ve skutečnosti elektrostatických interakcí. Pro dosažení doby zachycení Zlatovlásky se vědci pokusili upravit nanočástice tak, aby její elektrostatická přitažlivost k cílové molekule nebyla ani příliš silná, ani příliš slabá.

S ohledem na to vědci demonstrovali metodu se dvěma malými peptidy, krátkými řetězci sloučenin, které tvoří stavební kameny proteinů. Jeden z peptidů, angiotensin, reguluje krevní tlak. Druhý peptid, neurotensin, pomáhá regulovat dopamin, neurotransmiter, který ovlivňuje náladu a může hrát roli při rakovině střev. Tyto molekuly interagují s nanorody hlavně prostřednictvím elektrostatických sil. Vědci představili nanočástice nanočástic zlata pokrytých nábojem, který stimuluje elektrostatické interakce s molekulami.

Tým také studoval další molekulu, polyethylenglykol, jehož schopnost pohybu určuje, jak dlouho to v nanočásticích stráví. Za normálních okolností se tato molekula může volně pohybovat, otáčet se nebo se táhnout bez zatížení okolním prostředím. Aby se prodloužila doba zdržení molekuly v nanočásticích, vědci změnili vajíčko nanočástic, což ztěžuje kompresi molekuly skrz malou dutinu.

„Tyto změny můžeme použít k vytvoření nanopigmentového biosenzoru, který je vhodný pro detekci konkrétních molekul,“ říká Robertson. Nakonec může výzkumná laboratoř použít takový biosenzor k detekci zajímavých biologických molekul nebo lékařská ordinace k detekci markerů nemoci.

„Naše měření dávají návrh, jak můžeme změnit interakce pórů, ať už prostřednictvím geometrie nebo chemie, nebo jejich kombinací, abychom detekovali specifické molekuly, přizpůsobili nanoporos senzor k výpočtu malého počtu molekul nebo k výpočtu malý počet molekul. “řekl Robertson.

Odkaz. „Řízení teploty pomocí laseru ke změně role entropie entropie v interakcích polymer-nanoporéza“ Christopher E. Anjin, W ozef VF Robertson, Amala Das և E. ozef E. Rainer, 21. dubna 2021, Pokrok ve vědě,
DOI: 10.1126 / sciadv.abf5462:

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Výjimečná biologická rozmanitost ve 14,7 milionu let starém tropickém deštném pralese a osvětluje vývoj

Ekologická rekonstrukce bioty Zhangpu. Obrazový kredit: NIGPAS Nově objevený miocénní biom osvětluje vývoj deštného pralesa Mezinárodní výzkumná skupina vedená profesorem WANG Bo a profesorem SHI...

Newsletter

Subscribe to stay updated.