研究人员跟踪各个DNA分子细分之间的相互作用

对单粒粒子敏感：将玻璃微球和金纳米线安装在其上，因此强烈地放大了光，即可以检测单个DNA片段。DNA片段与附着在纳米线上的片段结合。

使用光学微观结构和金纳米颗粒，MAX Planck Institute的研究人员已经扩增了光与DNA的相互作用，以至于它们现在可以追踪近期DNA分子区段之间的相互作用。

能够跟踪杀人生物分子并在工作中观察它们是每个生物化学师的梦想。这将使科学家能够详细研究，并更好地了解纳米胺的工作，例如核糖体和DNA聚合酶。Max Planck Light科学研究所的研究人员对这一目标更加近一大一步。使用光学微观结构和金纳米颗粒，它们已经扩增了光与DNA的相互作用，以至于它们现在可以追踪疏入DNA分子段之间的相互作用。在这样做时，他们已经接近了物理可能的限制。它们的光学生物传感器对于单一未标记的分子也可能是生物芯片发育中的突破：移动分析装置中的指向指示迷你实验室可以同时测试多种疾病的血液，或促进具有极少样品的综合环境分析。

我们对基本生活过程的理解是通过了解唯一的生物分子互相互动的知识。在细胞中，纳米载体如核糖体和DNA聚合酶一起缝合在一起，以形成复杂的生物学结构，例如蛋白质和DNA分子，遗传信息的储存库。尽管可以研究含有酶或核糖体的近分子的相互作用，但是通常必须标记为例如荧光标记物，以便观察它们。然而，只有某些分子可以实现这种标记，并且可以干扰生物纳米载体的功能。虽然光可用于检测未标记的生物分子，但该方法不能用于检测单个DNA分子，因为光波与分子的相互作用太弱。

由Max Planck Scients的Max Plancks Scientitute的坦普里州和生物传感器实验室的弗兰克Vollmer队的物理学家现在已经成功地扩大了光与DNA分子的相互作用，以便它们的光子生物传感器可用于观察单个未标记的分子及其相互作用。

微球成为光学耳语的画廊

为此，物理学家使用直径约60微米的玻璃珠，围绕人毛的厚度和金纳米线。直径12纳米，长度为42纳米。因此，金线仅达到头发的厚度左右。微球和纳米线扩增光和分子之间的相互作用。在棱镜的帮助下，研究人员将激光闪耀到微球中。光在球体的内表面反复反射，直到最终，它沿着内表面传播，类似于声波沿着圆形外壳的墙壁行驶的方式，当有人在穹顶的一端耳语时或拱形画廊，另一端的人可以在另一端听到它，即使在一个异常长的距离。这是因为在旅行时声波不会失去强度。

光学耳语画廊：光束在直径（a）的60微米的玻璃微球的内表面上反射。在波形图像中，这意味着光波沿着微球（B，C）的表面行进。

如果分子固定到玻璃珠的表面上，则光束通过它超过十万次。因为光波总是在微球外稍微延伸，所以它与分子之间发生相互作用。由于光和分子之间的频繁接触，该相互作用大大放大。然而，相互作用仍然太弱以注册单个分子。

因此，沃尔默和他的同事将纳米线固定到玻璃珠的表面。浅色嗖嗖的过去产生了等离子体：电子的集体振动。“等离子体将光波拉出玻璃微球中的一点进一步，”Vollmer解释道。这会放大光波的场强度超过一千个。然后，信号的增益足以检测单一生物分子，例如DNA片段。基于Erlangen的研究人员确实如此。它们附着单链DNA的片段，其总是以双链中的双链形式发生，到安装在微球上的纳米线。当匹配时，即互补，DNA片段与纳米线上的“诱饵”结合，光移位的波长并由微球和纳米线扩增。可以测量此偏移。

可以通过它们的结合行为来区分不同的股线部分

然而，物理学家使用比例在类似程序中的较短的DNA片段。就像墙上的短片胶带一样，短的DNA片段不粘合彼此强烈粘附，使得股线再次相对较快地分开。因此，新的片段能够反复结合到分子“诱饵”，包括不完全互补的片段。以这种方式，可以研究DNA片段彼此相互作用的长度以及“诱饵”捕获段的频率。“这种方法使得可以使用单个DNA受体并遵循其在样品溶液中各种DNA段的连续相互作用”，“弗兰克·沃尔默说。“基于测量相互作用的持续时间和频率，然后可以检测特定的未标记的DNA分子。”

研究人员用含有完全匹配的DNA片段和不完全互补的片段的样品测试了它们的光学生物传感器。他们能够基于其不同的动力学区分两个片段。

即使本质上，分子和纳米血管之间形成的键也是短暂的。弗兰克Vollmer表示，由于新方法，现在可以更详细地探索这种天然动力学。“需要更多的研究，”物理学家说，我们期待解决未来的挑战。

埃尔兰根的研究人员已经计划了未来的项目。“例如，可以观察，例如，DNA聚合酶是如何合成DNA的酶，”沃尔默解释说。科学家们还希望将他们的光子生物收集集成到光学微芯片中以用于临床诊断。

出版物：马丁D. Baaske等，“在无标记的微腔生物传感器平台上监测”单分子核酸相互作用，“自然纳米技术，2014; DOI：10.1038 / nnano.2014.180

图片：约瑟夫亚历山大/洛克菲勒大学;光线科学