生物分子的全息圖技術

上圖所示是研究人員在用移液管將樣品放置在一個專用的晶元上。圖片是蘇黎世聯邦理工大學的實驗室實驗裝置照片。來源：蘇黎世聯邦理工大學

在血液或尿液樣品中我們可以檢測到很多信息，例如，病毒性疾病、代謝紊亂或自身免疫性疾病，這些都可以通過實驗室的檢測進行確診。但這樣的檢測往往需要幾個小時，而且相當複雜，這就是為什麼醫生把樣品交給專業實驗室的原因。

而蘇黎世聯邦理工大學的科學家和羅氏公司聯合開發了一種基於小分子上分子光衍射的全新分析方法。該技術具有革命性的診斷潛力：在未來，醫生可以很容易地執行複雜的檢測，且這種檢測技術上收起來將會很方便。

利用激光實現可視化

與其他已建立的診斷程序一樣，這種新方法也使用分子識別的鍵鎖原理：例如，為了確定溶解在血液中的特定蛋白質（「鍵」），它必須停靠在合適的抗體（「鎖」）上。在已建立的免疫學檢測方法中，「鎖定鑰匙」用第二個彩色編碼鍵可見，但在新過程中不再需要這一步驟，即「鎖中的鑰匙」可以用激光直接顯示出來。

科學家們使用一種由特殊圓點組成的特殊塗層的晶元。而分子中的問題與條紋相結合，而不是條紋之間的空隙。如果激光現在沿著晶元的表面定向傳輸，它就會被彎曲（衍射），這是由於分子在圖案中的特殊排列，並聚焦在晶元下方的某個點上。光點變得可見。當科學家把沒有分子的樣品放在晶元上時，光線不會彎曲，也看不到光的點。

分子間的相互作用

「光點是在成千上萬的分子的相互作用的結果，形成這種特定的排列，」Christof Fattinger說，他是羅氏集團的一名科學家。「作為一個全息圖，激光光的波動性是有針對性的一種方式。」

?Janos V R?是一名蘇黎世聯邦理工大學生物電子學教授，他把這種技術的實現原則比作管弦樂團：「分子是音樂家，條紋圖案的模板，確保所有的『音樂家』共同合作。」科學家們稱這種條紋為分子全息，而新的診斷技術成為焦點分子全息技術」。

Fattinger發現這其中的原理並作為開發的理論基礎。五年前，他從V?R?S團隊中離開，並休息了一年，而羅氏的科學家和蘇黎世聯邦理工大學之間的合作正式開始了這種全息技術的現實實現。

激光在薄膜波導中傳播，如果被檢測分子放置在分子全息技術下，它會聚焦在分子上，集中到一個焦點上。

其他分子不會破壞。

這種新方法的一個顯著優點是信號（光點）只是與特定地分子全息相結合，而其他待檢測樣品中的其它分子不產生全息信號。因此，該方法比基於密鑰鎖定原則的先前的分析方法要快得多。在後者中，樣品中存在的其他分子必須被沖走，而這反過來又減慢了診斷的速度，增加了過程的複雜性。這使得這種新方法非常適合測量血液或其他體液中的蛋白質。

「我們預計這項技術將使更多的本來需要在實驗室中進行的測試，能夠在未來的醫生辦公室直接進行，而不在需要在一個專門的實驗室進行。在遙遠的未來，患者或可以在家中使用的技術，V?R?S說。

巨大的潛力

幾個分子全息被排放在一個小晶元上。在目前的設計中，可用40個分子全息圖同時進行相同分子的測量，但在未來測量的個數可以超過40個或更多，同時在一個晶元上實現不同的標記。

這種新技術潛在的應用是巨大的。它可以用於任何分子間相互作用需要識別和研究的地方。這種檢測方法很快，甚至適合於實時測量，這對於基礎生物學研究是特別有用的：例如，檢查一個生化分子與另一個生化分子結合的速度。進一步的應用可能包括飲用水質量的處理控制或生物技術行業的過程監控。

專註於市場準備

「事實上，我們成功地把想法付諸實踐，在很大程度上是因為，我們的項目團隊都是跨學科的，」V?R?說，研究團隊中的科學家們覆蓋了光化學、晶元製造和表面塗層等領域。科學家還採用了特殊的在瑞士聯邦理工學院教授Nicholas Spencer實驗室最近開發的塗層聚合物的分子全息技術。沒有這些聚合物和多個專家的合作，我們還是很難實現我們的目標的。」Fattinger說。

為了進一步發展這種技術方法，羅氏公司和蘇黎世聯邦理工大學之間的合作將繼續進行。還有一些在V?R?S研究小組的科學家和博士生除了在科學研究方面的合作外，也在計劃探索各種商業應用的機會。

來源：

https://phys.org/news/2017-09-holograms-molecules.html

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！

本站內容充實豐富，博大精深，小編精選每日熱門資訊，隨時更新，點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧！

請您繼續閱讀更多來自 實驗幫 的精彩文章: