ENGINEERINGNET.BE - Biochemische reacties maken het leven mogelijk. Om de werking van biomoleculen te begrijpen, moeten deze reacties in realtime worden gevolgd. Die reacties vinden in kleine fracties van een milliseconde plaats.
Single-molecule fluorescentiemicroscopie (SMFM) is een essentieel hulpmiddel om biologisch inzicht te krijgen in complexe moleculaire systemen waar een hoge resolutie in tijd- en lengteschaal vereist zijn.
Met SMFM kan men de biologische puzzels aanpakken die traditioneel onmogelijk op te lossen zijn. Dit komt omdat de gevoeligheid voor één molecuul het mogelijk maakt verschillen in de tijd en per molecuul waar te nemen die verband houden met gecompliceerde biologische processen, en verborgen zijn in observaties op groepsniveau.
De resolutie van SMFM is echter gelimiteerd door de beperkte helderheid van afzonderlijke moleculen vanwege hun fluorescentieverzadiging bij hoog laservermogen.
Er zijn dringend nieuwe benaderingen nodig om de helderheid te verbeteren om de toepassingen van SMFM uit te breiden naar snellere regimes. Promovendus Yuyang Wang van TU Eindhoven onderzocht daarom het gebruik van enkele gouden nanodeeltjes om de maximale helderheid van afzonderlijke moleculen te vergroten.
Metalen nanodeeltjes van bijvoorbeeld goud of zilver, kleiner dan 100 nanometer, gedragen zich als nanoschaalantennes. Fluorescentiemoleculen die zich in de buurt van deze deeltjes bevinden, worden aanzienlijk beïnvloed en lijken veel helderder - alsof ze worden verlicht door een 'plasmonische nano-zaklamp’.
Wang besteedde speciale aandacht aan het verzadigingsgedrag van afzonderlijke moleculen in de buurt van plasmonische deeltjes, aangezien verzadiging de helderheid beperkt.
Hij ontdekte dat enkele plasmonische nanodeeltjes het verzadigingsgedrag wijzigen en de maximale helderheid van afzonderlijke moleculen tot honderden keren verhogen. Ook ontwikkelde hij zowel in theorie als in de praktijk een systematische aanpak om met deze nanodeeltjes te werken.
Voor het eerst worden enkelvoudige plasmonische nanozaklampen toegepast voor de detectie van fluorogene enzymreacties, een belangrijke stap om de fluorescentieverbetering naar het gebied van enzymmoleculen met enkelvoudige moleculen te duwen.
Wang's onderzoek vergroot het begrip van plasmon-versterkte fluorescentie en maakt de weg vrij voor het bestuderen van snelle biomoleculaire processen.
