Νανοσωματίδια χρυσού για την απεικόνιση μορίων 

Από σελίδα του PhysicsWeb, 15 Σεπτεμβρίου 2003

Ο Brahim Lounis μαζί με συνάδελφους του στο Πανεπιστήμιο του Μπορντώ στη Γαλλία έχει αναπτύξει έναν νέο τρόπο για να φωτογραφίσει τις πρωτεΐνες στα κύτταρα, μαρκάροντας τις με νανοσωματίδια χρυσού. Αυτή η οπτική μέθοδος είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη και επιτρέπει την τρισδιάστατη απεικόνιση των μορίων ενώ έχει υπερνικήσει πολλά από τα μειονεκτήματα των παραδοσιακών τεχνικών. Θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να φωτογραφίζουν τις πρωτεΐνες αφ' ενός με αποτελεσματικό τρόπο και αφ' ετέρου μη-καταστροφικό, όπως επίσης να επεκταθεί και σε άλλα βιολογικά συστήματα όπως το DNA (Δημοσιευμένο στην Εθνική Ακαδημία Επιστημών)

Είναι δύσκολο να ανιχνευθούν μεμονωμένα μόρια στα βιολογικά δείγματα ιστών,  ειδικά με τη χρησιμοποίηση οπτικών μεθόδων, επειδή το σήμα από το μόριο που ενδιαφέρει πρέπει να εξαχθεί από όλα τα άλλα δισεκατομμύρια μόρια στο δείγμα. Οι ερευνητές έχουν σκύψει γύρω από αυτό το πρόβλημα προσκολλώντας φθορίζοντα σωματίδια στο σχετικό μόριο και μετρώντας την ένταση του σήματος που παράγεται από αυτό. Αλλά ο παραδοσιακός τύπος με φθορίζοντα σωματίδια μπορεί να μετασχηματίσει τις μη-φθορίζουσες ενώσεις αργότερα και επομένως να γίνει άχρηστη.

Για να υπερνικήσουν αυτό το εμπόδιο, οι ερευνητές χρησιμοποιούν μεταλλικά σωματίδια αντί των φθοριζόντων σωματιδίων. Αυτά τα σωματίδια είναι σε θέση να εκτρέψουν το φως του λέιζερ σε ένα φαινόμενο που είναι γνωστό ως σκέδαση Rayleigh. Εντούτοις, επειδή η σκέδαση μειώνει όσο η διάμετρος του σωματιδίου γίνεται μικρότερη, οι μέθοδοι που βασίζονται στη μέτρηση αυτού του φαινομένου, δουλεύει μόνο με τα σωματίδια που έχουν διάμετρο τουλάχιστον 40nm.

Για να πάρουν εικόνες σε μικρότερη κλίμακα, ο Lounis και οι συνάδελφοι του 'έβαψαν' τις πρωτεϊνικές μεμβράνες των κυττάρων COS7 με μόρια χρυσού 10nm, και φώτισαν έπειτα το δείγμα με το φως από ένα λέιζερ αργού, μήκους κύματος 514nm. Το φως του λέιζερ απορροφήθηκε έντονα από τα νανοσωματίδια του χρυσού, θερμαίνοντας την γύρω περιοχή από αυτά και την μείωση της τιμής του δείκτη διάθλασης. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έπειτα μια δεύτερη ακτίνα λέιζερ για να ανιχνεύσουν αυτήν την αλλαγή στο δείκτη διάθλασης.

Η ομάδα του Μπορντώ βρήκε ότι η ισχύς του σήματος από τα μεμονωμένα νανοσωματίδια εξαρτάται γραμμικά από την ένταση της ακτίνας του λέιζερ που χρησιμοποιείται για να θερμάνει το δείγμα. Μια ακτίνα 150 nanowatt οδηγεί σε ένα λόγο σήματος προς θόρυβο περισσότερο από 20, δύο φορές υψηλότερος από το λόγο αν χρησιμοποιηθούν οι προηγούμενες μέθοδοι. Εντούτοις, ο Lounis και οι συνάδελφοι του αναγνωρίζουν ότι το φαινόμενο της θέρμανσης της τεχνικής τους μπορεί να την καταστήσει ακατάλληλη για την απεικόνιση ζωντανών κυττάρων - ένας λόγος σήματος προς θόρυβο ίσος με 10 σημαίνει μια άνοδο της θερμοκρασίας περίπου 15 Κ. Κι ελπίζουν τώρα να μειώσουν την ισχύ της θέρμανσης στα μελλοντικά πειράματα.

Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Καταπληκτική επίδειξη της κυματικής συμπεριφοράς των ατόμων
Ενδιαφέρουσες ιστοσελίδες
Brahim Lounis’ homepage
Nanophotonics Group at Bordeaux
Cellular Physiology of the Synapse Group at Bordeaux
Home