Fluorescensspektroskopi är oumbärlig i biomedicinsk diagnostik. Man kan tänka sig att tända fluorescens som att tända en ficklampa i ett mörkt rum. En diagnostisk analys kan utformas för att märka, till exempel, en specifik DNA-molekyl med en fluorescerande sond. Om den specifika DNA-molekylen är närvarande, du ser fluorescens eller en förändring i fluorescensen.

Ibland slutar en annars fluorescerande molekyl att avge ljus under en kort tidsperiod. Detta kallas fluorescensblinkande, vilket kan göra det svårt att upptäcka biomolekyler vid de ultralåga koncentrationer som krävs för sjukdomsdiagnostik. Ett sätt att samtidigt minska blinkningen för diagnostik och extrahera användbar biokemisk information från blinkningen för grundforskning skulle vara det bästa av två världar.

I en studie som nyligen publicerades i Angewandte Chemie , forskare från Osaka University använde en välkänd molekyl förkortad som COT - en fotostabilisator - för att modulera fluorescensblinkande i biokemiska analyser. Forskarna använde COT för att undersöka arkitekturen hos DNA-molekyler och för att upptäcka en cancer-RNA-biomarkör vid ultralåga koncentrationer.

"COT undertrycker fluorescensblinkande, och så ökar fluorescensen, genom att komma i fysisk kontakt med fluoroforen, " förklarar Jie Xu, huvud författare. "I kontrast, modulering av emission med en allmänt använd teknik känd som fluorescensresonansenergiöverföring, BAND, fungerar bara över mycket längre avstånd - i området 1 till 10 nanometer - och bara på en nanosekunds tidsskala."

Forskarna testade först sin installation på dubbelsträngat DNA som innehöll en intern spacer. När COT var på ena änden av distansen och fluoroforen i den andra änden, det fanns mer fluorescens än när COT inte var närvarande. Dock, fluorescensblinkande eliminerades inte helt. Forskarna utnyttjade detta faktum genom att testa hur den kemiska arkitekturen hos spacern modulerar blinkande.

"Ökande spacerlängd och ökande pi-stacking-interaktioner - icke-kovalenta interaktioner mellan aromatiska ringar - i spacern ökade fluoroforens tid i "av" tillstånd, " säger Kiyohiko Kawai, senior författare. "FRET kan inte ge information om biomolekylär dynamik över dessa subnanometeravstånd."

Forskarna upptäckte därefter ultrasmå koncentrationer av en RNA-molekyl som är en biomarkör för många cancerformer. De fäste först en fluorescerande sond innehållande COT på en glasskiva. Sonden designades så att bindning till RNA-biomarkören skulle öka fluorescensen från sonden.

"Bindning till mål-RNA minskade sondens tid i avstängt tillstånd med hälften, " säger Xu. "Detta ger ett tydligt sätt att upptäcka en cancerbiomarkör."

Upptäcka en sjukdomsrelevant biomolekyl vid ultralåga koncentrationer, som möjligt med denna teknik, kan vara ett sätt att diagnostisera en sjukdom i dess tidiga skede och underlätta behandlingen. Vidare, många grundläggande biokemiska forskningsstudier är möjliga nu när forskare kan undersöka molekylära rörelser på subnanometerskalan och över breda tidsskalor.