Химические и биологические действия теперь можно измерять по мере их возникновения или, говоря старомодным языком кино, по одному кадру за раз. Это позволит создать улучшенные биосенсоры для изучения всего, от нервных импульсов до метастазов рака по мере их возникновения.Измерения, производимые с помощью лазеров с короткими импульсами и биолюминесцентных белков, производятся за фемтосекунды, что составляет одну миллионную одной миллиардной секунды. Фемтосекунда по сравнению с одной секундой примерно равна одной секунде по сравнению с 32 миллионами лет.
По словам ученых, это довольно короткая выдержка, и она должна изменить способ проведения биологических исследований и физической химии.Выводы по новой технологии были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences исследователями из Университета штата Орегон и Университета Альберты.«С помощью этой технологии мы сможем замедлить наблюдение за жизненными процессами и понять точную последовательность биохимических реакций», — сказал Чонг Фанг, доцент кафедры химии Научного колледжа ОГУ и ведущий автор исследования. исследовать.«Мы считаем, что это первый раз, когда вы действительно можете увидеть химию в действии внутри биосенсора», — сказал он. «Это гораздо более мощный инструмент для изучения, понимания и настройки биологических процессов».
В системе используется передовая импульсная лазерная технология, которая сама по себе является довольно новой и основана на использовании «зеленых флуоресцентных белков», которые чрезвычайно популярны в биоимиджинге и биомедицине. Эти замечательные белки светятся, когда на них попадает свет. Их открытие в 1962 году и последующие заявки послужили основой для Нобелевской премии в 2008 году.
Однако существующие биосенсорные системы создаются в основном случайно или методом проб и ошибок. Для сравнения: скорость нового подхода позволит ученым «видеть» то, что происходит на молекулярном уровне, и создавать сенсоры любого типа, которые они хотят, с помощью рациональной конструкции. Это улучшит изучение всего: от клеточного метаболизма до нервных импульсов, того, как вирус гриппа заражает человека или как распространяется злокачественная опухоль.
«На протяжении десятилетий, чтобы создать датчики, которые у нас есть сейчас, люди в основном снимали в темноте», — сказал Фанг. «Это фундаментальный прорыв в том, как создавать биосенсоры для медицинских исследований снизу вверх. Как будто наконец наступил дневной свет».
Технология, например, может отслеживать перенос протонов, связанный с движением ионов кальция — один из самых основных аспектов почти всех живых систем, а также один из самых быстрых. Это движение протонов является неотъемлемой частью всего, от дыхания до клеточного метаболизма и даже фотосинтеза растений. Теперь ученые смогут определять, что происходит, шаг за шагом, а затем использовать эти знания для создания индивидуальных биосенсоров для улучшения визуализации жизненных процессов.
«Если вы подумаете об этом с точки зрения фотографии, — сказал Фанг, — у нас теперь есть камера, достаточно быстрая, чтобы запечатлеть молекулярный танец жизни. Мы делаем молекулярные фильмы. И с этим мы сможем создавать сенсоры, которые отвечают на некоторые важные новые вопросы в биофизике, биохимии, материаловедении и биомедицинских проблемах ».