美國加州大學(xué)伯克利分校生物工程專家利用一種納米粒子技術(shù),，首次探測(cè)到單個(gè)細(xì)胞內(nèi)生物分子的動(dòng)力反應(yīng)機(jī)制。這項(xiàng)技術(shù)是分子成像技術(shù)的突破,，并將對(duì)細(xì)胞藥物開發(fā)和生物醫(yī)療診斷產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。該研究得到韓國科技部支持，相關(guān)研究論文發(fā)表在近期出版的《自然·方法學(xué)》雜志上,。
該科學(xué)小組負(fù)責(zé)人、加州大學(xué)生物分子納米技術(shù)中心盧克·李教授說,，在這項(xiàng)技術(shù)之前,，尚無非破壞性方法能在納米尺度范圍內(nèi)拍攝細(xì)胞內(nèi)分子的化學(xué)指紋圖譜。以往研究細(xì)胞的生化過程是把它們的外膜切開來分析其成分,，此時(shí)細(xì)胞已經(jīng)死了,，不可能實(shí)時(shí)觀察到各種成分在一起發(fā)生的相互作用。新的納米粒子技術(shù)利用了有機(jī)物和無機(jī)物分子吸收特定頻率光的特性，能夠?qū)崟r(shí)地探測(cè)細(xì)胞內(nèi)某種酶是否具有活性,，某個(gè)基因是否被表達(dá),。
研究人員將細(xì)胞色素c蛋白和20納米—30納米的黃金微粒一對(duì)一結(jié)合在一起。受到光照時(shí),，黃金微粒表層電子會(huì)以特定頻率震蕩,，這種現(xiàn)象就是表面激元共振。細(xì)胞色素c是一種與細(xì)胞的新陳代謝和死亡有關(guān)的蛋白質(zhì),，其光吸收峰在550納米附近,，納米黃金粒子的共振波長在530納米—580納米之間，其頻率比細(xì)胞色素c的光學(xué)信號(hào)更易于探測(cè),。生物分子的吸收峰與黃金粒子共振頻率交迭時(shí)會(huì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)移,，稱之為“淬火”。在這一過程中,，清晰地顯示了生物分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu),。同樣，將血紅蛋白和銀微粒匹配在一起,，也得到了相似結(jié)果,。
李教授說，單個(gè)生物分子發(fā)出的光吸收信號(hào)非常微弱,，用傳統(tǒng)的吸收光譜技術(shù)很難探測(cè)和拍攝,，不僅要求生物分子有較高的密集度，還要?dú)⑺郎习偃f細(xì)胞,。而這種淬火接觸,，要求分子密集度較小，只要幾百個(gè)甚至幾十個(gè)分子,。
多年來,，人們對(duì)用干細(xì)胞治療疾病抱有很大希望，但最大的難題是精確掌握單個(gè)細(xì)胞如何分化,。為什么干細(xì)胞發(fā)育成了心肌,，而不是牙齒或頭發(fā)？為解開奧秘,，需要分析細(xì)胞內(nèi)部是什么蛋白質(zhì)或基因發(fā)出了什么信號(hào),。這些納米粒子就像是夜空的星星，照亮了細(xì)胞的內(nèi)部生命,。同時(shí),，這一技術(shù)中淬火接觸的敏感性和光波選擇性，也為改進(jìn)疾病的分子診斷水平,，開發(fā)個(gè)體化醫(yī)療器械指出了新方向,。 （科技日?qǐng)?bào)）
原始出處:
Published online: 18 November 2007; | doi:10.1038/nmeth1133
Quantized plasmon quenching dips nanospectroscopy via plasmon resonance energy transfer
Gang Logan Liu4, Yi-Tao Long1, 4, Yeonho Choi1, Taewook Kang1 & Luke P Lee1, 2
1 Biomolecular Nanotechnology Center, Berkeley Sensor and Actuator Center, Department of Bioengineering, University of California-Berkeley, 442 Stanley Hall, Berkeley, California 94720, USA.
2 Joint Graduate Group in Bioengineering, University of California at San Francisco and Berkeley, 1700 4th Street, San Francisco, California 94158, USA.
3 Present address: Center for Micro and Nano Technology, Lawrence Livermore National Laboratory, P.O. Box 808, L-223, Livermore, California 94551, USA.
4 These authors contributed equally to this work.
Correspondence should be addressed to Luke P Lee [email protected]
We observed quantized plasmon quenching dips in resonant Rayleigh scattering spectra by plasmon resonance energy transfer (PRET) from a single nanoplasmonic particle to adsorbed biomolecules. This label-free biomolecular absorption nanospectroscopic method has ultrahigh molecular sensitivity.
