La forme et l'alignement sont tout. La façon dont des pièces de la taille du nanomètre s'emboîtent dans une structure entière détermine les performances d'une cellule vivante ou d'un dispositif fabriqué artificiellement. Une nouvelle méthode pour aider à comprendre et à prédire une telle structure est arrivée avec l'utilisation réussie d'un nouvel outil d'imagerie.

Couplage piloté par laser, imagerie de fluorescence bidimensionnelle et modélisation informatique haute performance, une équipe de six membres - dirigée par le chimiste de l'Université de l'Oregon Andrew H. Marcus et le chimiste de l'Université de Harvard Alan Aspuru-Guzik - a résolu la conformation des molécules de porphyrine auto-assemblées dans une membrane biologique.

Les porphyrines sont des composés organiques omniprésents dans les êtres vivants. Ils transportent des charges électriques mobiles qui peuvent sauter d'une molécule à l'autre et permettre des communications et un transfert d'énergie à l'échelle nanométrique. Ils sont également des éléments constitutifs des nanodispositifs.

La nouvelle technique – la spectroscopie de fluorescence 2D à modulation de phase – est détaillée dans un article devant paraître en ligne cette semaine avant sa publication régulière dans les Actes de la National Academy of Sciences. La percée contourne l'étape souvent nécessaire d'obtenir des cristaux de molécules qui sont à l'étude, dit Marcus, membre du Centre d'optique de l'Oregon, Institut des sciences des matériaux et Institut de biologie moléculaire. La plupart des molécules biologiques fonctionnelles ne forment pas facilement des cristaux.

"Notre technique est un moyen pratique de déterminer comment les objets macromoléculaires s'assemblent et forment les structures qu'ils formeront dans les environnements biologiques, " Marcus a déclaré. "Il est robuste et fournira un moyen d'étudier les interactions protéine-acide nucléique biologiques."

Des travaux sont déjà en cours pour modifier l'instrumentation expérimentale dans le laboratoire d'optique à haute stabilité stable et à température contrôlée de l'UO afin d'appliquer la recherche sur les machines de réplication de l'ADN - une catégorie des complexes macromoléculaires les plus connus, qui se composent d'acides nucléiques et de protéines qui doivent être correctement alignés pour fonctionner correctement. "C'est une stratégie qui va nous permettre de faire deux choses :regarder ces complexes une molécule à la fois, et effectuer des expériences à de courtes longueurs d'onde ultraviolettes pour examiner les problèmes d'ADN, " il a dit.

En outre, l'approche devrait être utile aux scientifiques des matériaux qui s'efforcent de comprendre et d'exploiter la conformation nécessaire des polymères utilisés dans la production de dispositifs à l'échelle nanométrique. « En biologie, de grosses molécules s'assemblent pour former des structures très complexes qui fonctionnent toutes ensemble comme une machine, " Marcus a déclaré. "La façon dont ces structures à l'échelle nanométrique se forment et deviennent fonctionnelles est une question activement poursuivie."

La technique s'appuie sur les versions antérieures de la spectroscopie optique bidimensionnelle (2D) qui ont émergé dans les efforts visant à contourner les limitations liées à l'application de la cristallographie aux rayons X et de la résonance magnétique nucléaire à de telles recherches. Les approches 2D précédentes dépendaient de la détection des signaux transmis mais manquaient de la sensibilité souhaitée.

La nouvelle approche peut être combinée avec la microscopie à fluorescence à molécule unique pour permettre la recherche à la plus petite échelle à ce jour, dit Marcus. "Avec la fluorescence, vous pouvez voir et mesurer ce qui se passe une molécule à la fois. Nous nous attendons à ce que cette approche nous permette d'examiner des assemblages moléculaires individuels. »