Neue Methode Verbesserungsmöglichkeiten Drug Development , Optische Sensoren und mehr
In chemischen Reaktionen , links und rechts kann einen großen Unterschied machen . A " linkshändig " Molekül einer bestimmten chemischen Zusammensetzung könnte ein wirksames Medikament zu sein, während sein Spiegelbild " rechtshändig " Gegenstück könnte völlig inaktiv. Das liegt daran , in der Biologie , "links" und "rechts" molekularen Designs sind von entscheidender Bedeutung : Lebende Organismen werden nur von linkshändigen Aminosäuren. So erzählen die beiden auseinander ist wichtig - aber schwierig.
Nun hat ein Team von Wissenschaftlern an der US Department of Brookhaven National Laboratory und der Ohio University Energy einen neuen , einfacheren Weg, um molekularen Händigkeit als Chiralität bekannten erkennen entwickelt. Sie verwendeten Gold - und - Silber kubischer Nanopartikel , um die Differenz in Reaktion Links- und Rechtshänder -Moleküle ", um eine bestimmte Art von Licht zu verstärken . Die Studie, die im Journal Nanoletters beschrieben, stellt die Grundlage für einen neuen Weg , um die Wirkungen der Händigkeit in molekularen Interaktionen mit bisher unerreichter Sensitivität sondieren.
" Unsere Entdeckung und Methoden auf der Grundlage dieser Forschung könnte äußerst nützlich für die Charakterisierung von biomolekularen Wechselwirkungen mit Medikamenten sein , Sondierungsproteinfaltung , und in anderen Anwendungen, bei denen stereometrischen Eigenschaften sind wichtig ", sagte Oleg Gang , Forscher am Brookhaven -Centrum für Funktionelle Nanomaterialien und Blei-Autor auf dem Papier. "Wir können den gleichen Ansatz verwenden, um Konformationsänderungen von Biomolekülen unter wechselnden Umweltbedingungen , wie Temperatur überwacht - und auch Nanoobjekte , die eine chirale Reaktion auf Licht , das dann als neue Art von nanoskaligen Sensoren verwendet werden könnten, weisen herzustellen. "
Die Wissenschaftler wussten, dass links- und rechtsgängigen chiralen Moleküle würden unterschiedlich mit " zirkular polarisierte " Licht wechselwirken - wobei die Richtung des elektrischen Feldes rotiert um die Achse des Strahls . Diese Idee ist ähnlich wie bei der polarisierten Sonnenbrillen herauszufiltern Reflexblendung im Gegensatz zu normalen Objektiven .
Detailkarten der Wellenlängen von Licht durch die Probe absorbiert oder reflektiert - Andere Wissenschaftler haben diese Differenz , genannt " Circulardichroismus " in organische Moleküle " spektroskopischen " Fingerabdrücke " erkannt. Aber für die meisten chiralen Biomolekülen und viele organische Moleküle , dies ist "CD " -Signal im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums , und das Signal oft schwach ist . Die Tests erfordern somit erhebliche Mengen an Material zu unpraktisch hohen Konzentrationen.
Das Team wurde ermutigt sie könnten eine Möglichkeit, das Signal, das durch neuere Experimente zeigen, dass die Kopplung bestimmte Moleküle mit metallischen Nanopartikeln könnte erheblich ihre Reaktion auf Licht zu erhöhen zu erhöhen finden. Theoretische Arbeiten sogar vorgeschlagen, dass diese so genannten Plasmonen Partikel - die eine kollektive Schwingung des Materials leitfähigen Elektronen induziert , was zu stärkeren Absorption einer bestimmten Wellenlänge - könnte das Signal in den sichtbaren Lichtanteil des spektroskopischen Fingerabdruck stoßen , wo es wäre leichter zu messen .
Die Gruppe experimentierte mit verschiedenen Formen und Kompositionen von Nanopartikeln , und festgestellt, dass Würfel mit einer goldenen Mitte durch eine Silberhülle umgeben sind nicht nur in der Lage, eine chirale optische Signal im nahen sichtbaren Bereich zeigen, aber noch auffälliger , waren wirksam Signalverstärker . Für ihre Test Biomolekül , benutzten sie synthetische DNA-Stränge - ein Molekül, sie bei der Verwendung als "Klebstoff" für das Haften Nanopartikel zusammen vertraut waren .
"Methoden auf der Grundlage dieser Forschung könnte äußerst nützlich für die Charakterisierung von biomolekularen Wechselwirkungen mit Arzneimitteln , Sondieren Proteinfaltung, und in anderen Anwendungen, bei denen stereometrischen Eigenschaften sind wichtig sein", sagte Oleg Gang .
Als DNA wurde zu den mit Silber beschichteten Nanowürfel befestigt sind, war das Signal etwa 100 Mal stärker war als für freie DNA in der Lösung. Das heißt, erlaubt die kubischen Nanopartikel die Wissenschaftler des optischen Signals von der chiralen Moleküle erkennen ( so dass sie "sichtbar" ) bei 100 -mal niedrigere Konzentrationen .
"Das ist eine sehr große optische Verstärkung im Verhältnis zu dem, was vorher beobachtet wurde ", sagte Fang Lu, der erste Autor auf dem Papier .
Die beobachtete Verstärkung des Zirkulardichroismus Signal ist eine Folge der Wechselwirkung zwischen den Teilchen und der Plasmonen " Exziton " oder energieabsorbierende , Elektronen innerhalb der DNA - Nanowürfels Komplexes erläutert die Wissenschaftler.
"Diese Forschung könnte als eine vielversprechende Plattform für ultrasensitive Sensor chiraler Moleküle und ihre Transformationen in synthetischen , biomedizinische und pharmazeutische Anwendungen dienen", sagte Lu .
"Darüber hinaus ", sagte Gang, " unser Ansatz bietet eine Möglichkeit, zu fabrizieren , über die Selbstorganisation , diskrete plasmonischer Nanoobjekte mit einem chiralen optische Antwort von strukturell nicht-chirale Nanokomponenten . Diese chiralen Plasmonen Objekte könnten das Design erheblich verbessern von Metamaterialien und Nanooptik für Anwendungen in der Energy-Harvesting und optischen Telekommunikation . "