جستجوی واکنش‌های زیست ملکولی با استفاده از نانوذرات پلاسمونیک منفرد

محققان دانشگاه ماینز آلمان به کمک نانوذرات پلاسمونیک دارای روکش غشائی، ابزار حسی دقیقی ساخته‌اند که با استفاده از تغییرات ضریب شکست در اثر اتصال آنتی ژن و آنتی بادی با دقت فراوان نمونه مورد نظر را شناسایی می‌کند.

محققان آلمانی نشان داده‌اند که نانوذرات دارای روکش غشائی این مزیت را دارند که
تداخلات غیراختصاصی را بدلیل داشتن غشاء کاهش می‌دهند و فقط محدوده فعال بسیار کمی
را فراهم می‌کنند. به‌گفته یکی از محققان، نانوذرات پلاسمونیک دارای روکش غشائی،
ابزار حسی ایجاد می‌کنند که در آن حس کردن ملکول‌های منفرد با یک روکش با عملکرد
عالی تلفیق شده است. دراین حالت نانوذرات به‌عنوان گزارش‌گران واکنش‌های سلولی که
بر و درون غشاءهای زیستی اتفاق می‌افتند عمل می‌کنند.

پروتئین باکتری‌های کوچک موسوم به استرپتاویدین به‌طور معمول برای شناسایی انواع
زیست‌ملکول‌ها به‌کار می‌رود. این ماده با تمایل بالا به ویتامین بیوتین متصل می‌شود.
اتصال قوی استرپتاویدین- بیوتین برای اتصال انواع زیست‌ملکول‌ها به یکدیگر کاربرد
دارد.

محققان دانشگاه ماینز آلمان حسگر خود را از طریق شناسایی اتصال استرپتاویدین به
چندین ذره دارای روکش غشائی که دارای بخش‌های حاوی بیوتین بودند، همراه با کنترل
جابجایی طیفی ارائه کردند. این کار با استفاده از طیف سنجی تک ملکولی انجام شد. این
عمل امکان ارزیابی تداخلات موضعی پروتئین‌ها با غشاء‌های زیستی را ممکن ساخته است.
از آنجا که طول موج رزونانس نانواستوانه‌های طلا وابسته به ضریب شکست محیط پیرامون
است؛ لذا از آنها می‌توان به عنوان زیست‌حسگرهای ملکولی استفاده کرد. روکش کردن
ذرات به کمک غشاء با ضخامتی در حد ۴ نانومتر باعث تغییر ضریب شکست محیط از ۳۳/۱ به
۵/۱ می‌شود و در نتیجه رزونانس پلاسمون جابجا می‌شود. مرحله بعد شناسایی اتصال
استرپتاویدین به بیوتین که درون غشاء قرار گرفته بود است. این اتصال استرپتاویدین
باعث افزایش ارتفاع به اندازه ۳/۲ نانومتر می‌گردد که آن هم ضریب شکستی در حد ۵/۱
دارد و مجددا باعث جابجایی طیف می‌گردد. بدلیل عملکرد بالای این غشاءها، انواع
تجاری زیادی از آنها در بازار وجود دارد و به عناوین ابزار ایده آلی برای شناسایی
زیست ملکول‌ها بکار می‌روند. با این حال، مطالعات کمی در خصوص ذرات روکش شده با
دولایه های چربی تاکنون منتشر شده‌اند. علت عمده این امر مربوط به فاکتورهای تنظیمی
همچون خمش و چسپندگی غشاء است. مطالعه محققان آلمانی اولین مطالعه در زمینه روکش‌دار
کردن نانواستوانه‌ها با غشاء است. در مقایسه با نانوذرات کروی طلا، نانواستوانه‌های
طلا دارای حساسیت بیشتری در تغییر ضریب شکست بوده و در نتیجه جهت ساخت حسگرها از
انواع کروی بسیار مناسب‌تر هستند.

نتایج این مطالعه در مجله Nano Letters منتشر شده است.