Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Нанотехнологии в медицине и биологии

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 255 RSS
←   Декабрь 2009   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://www.lifesciencestoday.ru
Открыта: 05-08-2009

Автор
врач-терапевт Л.Вайс

Статистика

255 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Магнитно-резонансный нанотомограф. Переключаемые наноструктуры на синтетических ДНК


ВЫПУСК 57

 

 

 

Магнитно-резонансный нанотомограф

 

Исследователи из Корнэллского университета (Cornell University) разрабатывают методы обнаружения магнитных полей отдельных электронов и атомных ядер, которые они надеются использовать для получения магнитно-резонансного изображения наноразмерных объектов.

 

Форма – главное в биохимии. Благодаря форме химических связей гормоны могут взаимодействовать с мембранами и отправлять сигналы внутрь клеток, вирусы открывают себе путь для вторжения. Но понимание структуры сложных молекул, иногда состоящих из десятков тысяч атомов, задача не из простых. Существующие микроскопы, в том числе и лучшие в мире электронные, не могут представить нам детали состава и строения органического вещества на атомном уровне.

 

Ученые из Корнеллского университета пытаются изменить ситуацию: они разрабатывают методы детектирования магнитных полей отдельного электрона или атомного ядра и собираются использовать их для получения 3D-изображений – варианта магнитно-резонансной томографии на наноуровне.

 

О своем прорыве исследователи сообщили в он-лайн издании Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

 

«Больше не существует такой давней проблемы, как получение изображения структуры мембранных белков», – говорит руководитель исследования адъюнкт-профессор химии Джон Мэйрон (John Marohn), работающий над этой проблемой около десяти лет. «Работа изнурительная, так как не существует общего подхода».

 

Мэйрон принадлежит к постоянно увеличивающемуся сообществу ученых, занимающихся получением изображения отдельных молекул, и в августе этого года в Корнэллском университете была проведена конференция, посвященная этой теме.

 

В основе работы Мэйрона лежит идея о том, что электроны, протоны и нейтроны создают магнитное поле, называемое точнее магнитным моментом. Под воздействием сильного внешнего магнитного поля все маленькие «магниты» - электроны или нейтроны и протоны в ядре – выравниваются в одном направлении. Приложение переменного радиочастотного магнитного поля, направленного на электроны или ядра, вызывает регулярную смену пространственной ориентации спина - процесс, называемый прецессией.

 

Медицинский магнитно-резонансный томограф обычно детектирует в катушке напряжение, индуцированное прецессией в тысяче миллиардов атомов водорода, что создает достаточное разрешение для получения трехмерного изображения частей тела. Мэйрон и его коллеги пытаются создать инструмент, чувствительный к колебанию отдельного электрона или ядра атома в молекуле белка.

 

В статье в PNAS ученые описывают свой новый подход, демонстрируя его на примере детектирования спина электронов в молекуле нитроксида (nitroxide), имеющей неспаренный электрон. Их метод позволяет получить изображение местонахождения нитроксидного радикала, используемого как «ярлычок», на отдельной молекуле белка с субнанометровым разрешением.

 

Создав образец из молекул нитроксида, растворенного в тонкой полимерной пленке, и поместив его в поле 4-микронного никелевого магнита, прикрепленного к 350-нанометровому кремниевому кантилеверу, ученые смогли определить спин электрона путем измерения частоты колебаний кантилевера. Колебания кантилевера вызываются колебаниями крошечного магнита, которые в свою очередь зависят от прецессии в нитроксидных радикалах при изменении частоты переменного магнитного поля.

 

Кантилевер в новом приборе аналогичен тому, который используется в сканирующей зондовой микроскопии, типе получения изображений, заключающемся в сканирование поверхности с помощью кантилевера и записи зондово-поверхностных взаимодействий.

 

 

По материалам Cornell University.

 

 

Оригинал статьи с иллюстрациями

 

Researchers are on the path to creating nano-MRI images

 

 

 

Переключаемые наноструктуры на синтетических ДНК

 

Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории (США) нашли новый способ использования синтетических форм ДНК для контроля над сборкой наночастиц – на этот раз в переключаемых трехмерных кластерных структурах, что может быть применено в биосенсорах, солнечных элементах и новых материалах для хранения информации. Исследование опубликовано в Nature Nanotechnology.

 

Группа из Брукхейвенской лаборатории, руководимая физиком Олегом Гангом (Oleg Gang), уточнила методы использования цепочек синтетической ДНК в качестве специфического вида «липучки» или «клея» для связывания наночастиц. Такая основанная на ДНК самосборка открывает большие перспективы для рациональной разработки целого ряда новых материалов для разделения молекул, применения в электронике, преобразования энергии и в других областях. Но до настоящего времени ни одна из таких структур не была способна запрограммировано изменяться в ответ на молекулярные стимулы.

 

«Сейчас мы используем специфический тип связующего устройства на основе ДНК – «умный клей» - оказывающий влияние на то, как частицы связываются между собой при образовании структуры, и переключающий эти структуры из одной конфигурации в другую», - говорит Ганг.

 

Такие надежные обратимые переключения могут быть использованы для регулирования функциональных свойств, например, флуоресценции материалов или свойств переноса энергии, а также для создания новых материалов, реагирующих на изменение условий или меняющих свои функции по требованию.

 

Такая способность реагировать на изменение окружающих условий и принимать новые формы – отличительный признак живых систем. В этом смысле такие новые наноматериалы более точно имитируют биологические системы, чем любые другие созданные наноструктуры. Находясь далеко от любой формы настоящей «искусственной жизни», такие материалы могут привести к созданию наноразмерных машин, которые на самом примитивном уровне имитируют клеточные процессы, такие как преобразование солнечного света в полезную энергию или реакция на присутствие других молекул. Способные к реагированию материалы также могут быть полезны в области оптики или для получения пористых материалов для разделения молекул.

 

Ученые достигли своей цели – придания материалам свойств реагирования – путем создания структур, в которых расстояние между наночастицами может контролироваться с нанометровой точностью.

 

«Многие физические характеристики, такие как оптические и магнитные свойства, сильно зависят от расстояния между наночастицами», - объясняет Ганг.

 

В предыдущих исследованиях ученые использовали в качестве молекул-линкеров одноцепочечные ДНК, связанные с отдельными наночастицами. Если свободные концы таких ДНК имеют комплиментарные фрагменты, они будут стремиться связать наночастицы. Ученым удалось сформировать множество структур – от кластеров, состоящих из двух частиц (так называемых димеров), до сложных 3-D нанокристаллов.

 

В новом исследовании ученые использовали более сложные двухцепочечные ДНК- структуры. В отличие от одинарных нитей, закручивающихся неконтролируемым образом, такие двухцепочечные структуры более жестки и поэтому ограничивают расстояние между частицами.

 

Кроме того, некоторые из цепочек, составляющих двухцепочечную молекулу ДНК, имеют сложные структуры, так называемые петли, которые сильнее притягивают связанные частицы, чем нити ДНК, расположенные строго параллельно друг другу. Изменяя тип устройства ДНК от петлевого к беспетлевому и измеряя расстояние между наночастицами с использованием точных технологий на Брукхейвенском синхротроне (Brookhaven’s National Synchrotron Light Source - NSLS) и в Центре функциональных наноматериалов (Center for Functional Nanomaterials - CFN) ученые продемонстрировали, что они могут эффективно контролировать это расстояние и переключать систему из одного состояния в другое по требованию.

 

Такой подход привел к созданию двух конфигураций переключаемых систем, как для димеров, так и для нанокристаллов. Изменение расстояния между частицами составило 6 нанометров – около 25 %. Сравнивая кинетику двух систем, ученые пришли к выводу, что переключение конфигураций быстрее происходит в более простой димерной структуре. Димеры также более отчетливо сохраняют способность к возвращению к первоначальному состоянию, чем 3-D кристаллы. Вероятно, такое «скучивание» молекул может стать препятствием для дальнейшего исследования 3-D материалов.

 

«Мы надеемся, что способность вызывать реорганизацию таких структур после их сборки путем добавления ДНК или других молекул как внешних раздражителей и возможность наблюдать эти изменения в наноразмерном разрешении помогут нам понять эти процессы и найти пути их применения в новых видах наномашин, у которых функциональность системы определяется наночастицами и их относительной организацией», - говорит Ганг.

 

В дальнейшем в исследованиях будут использоваться возможности точных методов визуализации, таких как передовая электронная микроскопия в Центре функциональных наноматериалов и рентгеновские технологии с более высоким разрешением, которые станут доступны на Брукхейвенском синхротроне, учитывая строительство в настоящее время NSLS-II.

 

 

По материалам Брукхейвенской национальной лаборатории.

 

 

Оригинал статьи с иллюстрациями

 

Switchable Nanostructures Made with DNA

 

 

 
В избранное