(PhysOrg.com) -- Les scientifiques peuvent détecter les mouvements de molécules uniques en utilisant des étiquettes fluorescentes ou en les tirant dans des mesures de force délicates, mais seulement pendant quelques minutes. Une nouvelle technique des chercheurs de l'Université Rice leur permettra de suivre des molécules uniques sans les modifier - et cela fonctionne sur des échelles de temps plus longues.

Dans le numéro actuel de Nanotechnologie , une équipe dirigée par Jason Hafner, professeur agrégé de physique et d'astronomie et de chimie, a montré que les propriétés plasmoniques des nanoparticules peuvent « éclairer » les interactions moléculaires à la limite d'une seule molécule d'une manière qui sera utile aux scientifiques.

La méthode de Hafner tire parti de la capacité des nanoparticules métalliques à focaliser la lumière jusqu'à des échelles biomoléculaires grâce à un effet appelé résonance plasmonique de surface localisée (LSPR). Les nanoparticules d'or finalement utilisées dans l'expérience diffusent la lumière dans les longueurs d'onde visibles, qui peut être détecté et analysé spectralement au microscope.

"La longueur d'onde de crête exacte de la résonance est très sensible aux petites perturbations dans l'environnement diélectrique voisin, " a déclaré Kathryn Mayer, étudiante diplômée, l'étudiant principal de l'expérience. "En suivant le pic avec un spectromètre, nous pouvons détecter des interactions moléculaires près de la surface des nanoparticules."

Hafner a discuté pour la première fois de leurs progrès lors d'une conférence en 2006 après une présentation sur les nanoétoiles d'or que son laboratoire avait développées. "Nous avions des données extrêmement préliminaires, et j'ai dit, « Peut-être que nous l'avons. » Je pensais que nous étions proches, " a-t-il rappelé.

Ce qui prenait du temps, c'était de trouver la bonne particule. "Nous avons commencé avec des nanotiges, qui ne diffusent pas bien la lumière, du moins pas les petites nanotiges que nous produisons dans mon laboratoire. Ensuite, nous avons essayé les nanoétoiles et avons trouvé qu'elles étaient très lumineuses et sensibles, mais chacun avait une forme différente et une longueur d'onde de crête différente."

L'équipe s'est installée sur des bipyramides, 140 nanomètres de long, Particules d'or à 10 faces qui concentrent la lumière à leurs pointes acérées, créer un "volume de détection" semblable à un halo, " l'environnement diélectrique dans lequel les changements peuvent être lus par un spectromètre.

Hafner et ses collègues ont emprunté des techniques de chimie bioconjuguée, enrober les bipyramides d'anticorps puis ajouter des antigènes qui s'y lient fortement. Ensuite, les antigènes ont été rincés. Chaque fois que l'on a été libéré de sa liaison à l'anticorps bipyramide, les chercheurs ont détecté un léger décalage vers le bleu dans la lumière rouge naturellement diffusée par les bipyramides d'or.

Le processus est « sans étiquette, " ce qui signifie que la molécule elle-même est détectée, plutôt qu'une étiquette fluorescente qui nécessite une modification de la molécule, dit Hafner. Aussi, la propriété diélectrique détectée est permanente, afin que les molécules puissent être suivies pendant plus de 10 heures, par rapport aux minutes seulement avec les méthodes actuelles.

"La capacité de mesurer sur de longues échelles de temps ouvre la possibilité d'étudier des systèmes à forte affinité à la limite d'une molécule unique, telles que les interactions lectine-glucides responsables de la reconnaissance et de l'adhésion cellulaires, " a déclaré Hafner. " D'autres méthodes à molécule unique basées sur la fluorescence sont limitées par le blanchiment photo, et ceux basés sur des mesures de force sont limités par les dommages causés par les radiations et les instabilités mécaniques."

Le travail doit être fait avant que le LSPR ne devienne un capteur biologique idéal, il a dit. L'équipe prévoit de peaufiner les bipyramides et testera d'autres particules.

"Avec cette bipyramide, nous sommes devenus un peu trop rouges, " dit-il. " C'est un compromis. Faites-les longs et ils sont vraiment sensibles, mais si rouge que nous n'obtenons pas beaucoup de signal. Faites-les plus courts, ils sont un peu moins sensibles mais vous avez plus de signal.

"Si nous pouvons augmenter le rapport signal/bruit d'un facteur de deux ou trois, nous pensons que ce sera une méthode puissante pour la recherche biologique."

En plus de Mayer, Les co-auteurs de Hafner comprenaient Peter Nordlander, un professeur Rice de physique et d'astronomie et de génie électrique et informatique, ancien étudiant diplômé de Rice Feng Hao, maintenant stagiaire postdoctoral aux Laboratoires nationaux Sandia, et l'étudiant diplômé de Rice, Seunghyun Lee.