Наностолбики позволяют делать более точные «молекулярные фотографии»

Исследователи из Стэнфорда используют светящиеся наностолбики, чтобы дать биологам, неврологам и другим учёным более глубокий и точный взгляд внутрь живых клеток.

Команда под руководством химика Бяньсяо Цуй и инженера И Цуй (не родственники) создала платформу для клеточных исследований, которая использует наностолбики, светящиеся таким образом, что позволяет заглянуть глубже и точнее в живые клетки.

Долгоиграющие проблемы

Учёные, стремящиеся к улучшению молекулярной визуализации, долгое время были ограничены физическим пределом минимального объёма наблюдения, который составлял около 400 нанометров (длина волны видимого света). Отдельные молекулы, даже длинные белки, намного меньше.

Стэнфордская команда успешно применила кварцевые наностолбики, которые светятся достаточно, чтобы обеспечить видимость, но достаточно слабо, чтобы преодолеть 400-нанометровый барьер. Поле света вокруг светящихся столбиков — «затухающая (evanescent) волна» — исчезает в пределах примерно 150 нанометров от столбика. Таким образом, источник света стал меньше длины волны света. Исследователи оценивают, что им удалось уменьшить объём наблюдения до одной десятой от предыдущих методов.

Особые преимущества

Техника визуализации с наностолбиками особенно перспективна по нескольким причинам:

  1. Она неинвазивна — не вредит наблюдаемой клетке. Например, живой нейрон можно культивировать на платформе и наблюдать в течение длительного времени.
  2. Наностолбики, по сути, фиксируют клетки на месте. Это важно для изучения нейронов, которые имеют тенденцию со временем смещаться.
  3. Модифицируя химию поверхности наностолбиков, можно привлекать специфические молекулы для наблюдения. Учёные покрывают столбики антителами, и целевые белки притягиваются прямо к источнику света.

Создание платформы

Процесс создания наностолбиков:

  1. На лист кварца наносятся мелкие точки золота в случайном порядке.
  2. Кварц травят коррозионным газом. Золотые точки защищают кварц под собой, оставляя высокие тонкие столбики.
    • Высоту столбиков контролируют временем травления.
    • Диаметр — размером золотых точек.
  3. После создания столбиков на плоское основание из кварца добавляют слой платины.
  4. Снизу конструкции подают свет. Непрозрачная платина блокирует большую часть света, но небольшое количество проходит вверх через наностолбики, которые светятся на тёмном поле платины.

Платина биологически инертна, и клетки растут над наностолбиками, тесно прилегая к ним. Светящиеся столбики взаимодействуют с флуоресцентными молекулами внутри живой клетки, заставляя их светиться, что позволяет учёным заглянуть внутрь.

Эта технология позволяет не только освещать объёмы в десять раз меньше, но и выбирать, какие молекулы наблюдать, что может стать прорывом для исследований в биологии, неврологии и медицине.