Wykrywanie pojedynczej molekuły DNA i manipulowanie nią
Wykrywanie zmian właściwości przesyłowych światła (promieniowania elektromagnetycznego) stanowi podstawę działania przyrządów optycznych, od prostych mikroskopów świetlnych po skomplikowane nanoukłady optyczne. Naukowcy poczynili znaczne postępy w tworzeniu zintegrowanego układu laboratoryjnego wykorzystującego zmiany transmisji indukowane obecnością pojedynczej cząsteczki DNA. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu PLASBIORES (Plasmonic Biosensors based on nanometric optical Resonators integrated with point-light-sources for label free detection of DNA) stworzyli zintegrowane urządzenia bazujące na procesach w skali płytki krzemowej. Umożliwi to wykonanie nanokanału z nanoanteną plazmonową na układzie mikrofluidycznym, a tym samym opracowanie przełomowej metody detekcji. Badacze użyli bezpośredniej litografii dociskowej, aby tworzyć wielofunkcyjne, wielowymiarowe kanały nanofluidyczne jednoetapowo, w parę minut i bez potrzeby dopasowywania. Stworzyli również technologię integracji elementów plazmonowych, w szczególności nanoanten plazmonowych składających się z wypełnionych złotem nanotrójkątów. Nanoanteny plazmonowe ustawiły się w idealnej pozycji względem nanokanałów. Aby umożliwić dostęp płynu, na końcach mikrokanałów wywiercono cztery otwory. Uzyskany układ polimerowy następnie umieszczono na szkiełku nakrywkowym do dokładnych badań. Nanoanteny plazmonowe, które cieszą się rosnącym zainteresowaniem, działają w dużej mierze jak anteny radiowe, lecz na wyższych częstotliwościach. Światło oddziałujące z nanocząstkami metalu, w tym przypadku złota, indukuje zbiorowe oscylacje elektronów przewodzenia. Może to dawać użyteczne rezultaty, w tym formować na powierzchni nanocząstki ogniska o wysokiej intensywności w celu wykrycia pojedynczej molekuły DNA. Nanokanały i nanoanteny zostały przetestowane osobno. Nanoanteny umożliwiły uzyskanie znacznie mocniejszego sygnału w porównaniu z nieustrukturyzowaną powierzchnią złota. Pojedyncze molekuły DNA umieszczono z powodzeniem w nanokanałach i rozciągnięto poprzez elektroforezę do długości wynoszącej 89% tej przewidywanej. Według literatury jest to jeden z najlepszych wskaźników rozciągnięcia pojedynczej molekuły w nanokanale. Wyniki projektu PLASBIORES okazały się niezwykle obiecujące. Stworzone w jego ramach unikalne, przenośne urządzenie znajdzie liczne zastosowania w medycynie, a szczególnie w punktach opieki. Będzie też pomocne w monitorowaniu środowiska i wielu innych dziedzinach zajmujących się cząsteczkami biologicznymi.
Słowa kluczowe
Wykrywanie pojedynczych molekuł, molekuła DNA, nanokanał, PLASBIORES, nanoantena plazmonowa, nanotrójkąty, elektroforeza
