Att få en inblick i mitten av en cell kan vara lika enkelt som ett nålstick, tack vare University of Illinois forskare som har utvecklat en liten nål för att leverera ett skott direkt till en cells kärna.

Förstå processerna inuti en cells kärna, som rymmer DNA och är platsen för att transkribera gener, kan leda till större förståelse för genetik och de faktorer som reglerar uttryck. Forskare har använt proteiner eller färgämnen för att spåra aktivitet i kärnan, men de kan vara stora och tenderar att vara känsliga för ljus, vilket gör dem svåra att använda med enkla mikroskopitekniker.

Forskare har undersökt en klass av nanopartiklar som kallas kvantprickar, små prickar av halvledarmaterial, bara några få molekyler stora som kan användas för att övervaka mikroskopiska processer och cellulära förhållanden. Quantum dots erbjuder fördelarna med liten storlek, ljus fluorescens för enkel spårning, och utmärkt stabilitet i ljus.

"Många människor förlitar sig på kvantprickar för att övervaka biologiska processer och få information om cellmiljön. Men att få kvantprickar i en cell för avancerade applikationer är ett problem, "sade professor Min-Feng Yu, professor i mekanisk vetenskap och teknik.

Att få någon typ av molekyl i kärnan är ännu svårare, eftersom det är omgivet av ett extra membran som hindrar de flesta molekyler i cellen från att komma in.

Yu arbetade tillsammans med andra mekaniska vetenskaps- och ingenjörsprofessorn Ning Wang och postdoktorn Kyungsuk Yum för att utveckla en nanonål som också fungerade som en elektrod som kunde leverera kvantprickar direkt in i en cells kärna - specifikt till en utpekad plats i kärnan. Forskarna kan sedan lära sig mycket om de fysiska förhållandena inuti kärnan genom att övervaka kvantprickarna med ett standard fluorescerande mikroskop.

"Denna teknik gör att vi fysiskt kan komma åt den inre miljön inuti en cell, "Sa Yu. "Det är nästan som ett kirurgiskt verktyg som låter oss 'operera' inuti cellen."

Gruppen belagde ett enda nanorör, bara 50 nanometer bred, med ett mycket tunt lager av guld, skapa en elektrodsond i nanoskala. De laddade sedan nålen med kvantprickar. En liten elektrisk laddning frigör kvantprickarna från nålen. Detta ger en nivå av kontroll som inte kan uppnås med andra molekylära leveransmetoder, som involverar gradvis diffusion genom hela cellen och in i kärnan.

"Nu kan vi använda elektrisk potential för att styra frisättningen av molekylerna fästa på sonden, "Sa Yu." Vi kan sätta in nanonålen på en specifik plats och vänta på en specifik punkt i en biologisk process, och släpp sedan kvantprickarna. Tidigare tekniker kan inte göra det."

Eftersom nålen är så liten, det kan genomborra en cell med minimal störning, medan andra injektionstekniker kan vara mycket skadliga för en cell. Forskare kan också använda denna teknik för att exakt leverera kvantprickarna till ett mycket specifikt mål för att studera aktivitet i vissa områden i kärnan, eller eventuellt andra cellulära organeller.

"Plats är mycket viktigt för cellulära funktioner, "Wang sa." Med hjälp av nanoneedle -metoden kan du komma till en mycket specifik plats inom kärnan. Det är en viktig fördel med denna metod. "

Den nya tekniken öppnar nya vägar för studier. Teamet hoppas kunna fortsätta att förfina nanonålen, både som en elektrod och som ett molekylärt leveranssystem.

They hope to explore using the needle to deliver other types of molecules as well - DNA fragments, proteiner, enzymes and others - that could be used to study a myriad of cellular processes.

"It's an all-in-one tool, " Wang said. "There are three main types of processes in the cell:chemical, electrical, and mechanical. This has all three:It's a mechanical probe, an electrode, and a chemical delivery system."

The team's findings will appear in the Oct. 4 edition of the journal Small.