En speciell beläggning på nanotunnlarna på en silkesfjärils antenn är inspirationen till ett liknande oljigt lager på syntetiska nanoporer, små mätinstrument. University of Michigan forskare ledde utvecklingen av denna förbättrade teknik, och de använder det för att få nya insikter om Alzheimers och andra liknande neurodegenerativa sjukdomar. Kredit:Chris Burke
Genom att efterlikna strukturen hos silkesfjärilens antenn, Forskare vid University of Michigan ledde utvecklingen av en bättre nanopore --- ett litet tunnelformat verktyg som kan öka förståelsen för en klass av neurodegenerativa sjukdomar som inkluderar Alzheimers.
En artikel om arbetet är nyligen publicerad online i Naturens nanoteknik . Detta projekt leds av Michael Mayer, en docent vid U-M-avdelningarna för biomedicinsk teknik och kemiteknik. Jerry Yang samarbetar också, en docent vid University of California, San Diego och Jiali Li, en docent vid University of Arkansas.
Nanoporer --- huvudsakligen hål borrade i ett kiselchip --- är små mätinstrument som möjliggör studier av enstaka molekyler eller proteiner. Även dagens bästa nanoporer täpps till lätt, så tekniken har inte blivit allmänt antagen i labbet. Förbättrade versioner förväntas vara stora fördelar för snabbare, billigare DNA-sekvensering och proteinanalys.
Teamet konstruerade en oljig beläggning som fångar och smidigt transporterar molekyler av intresse genom nanoporer. Beläggningen gör det också möjligt för forskare att justera storleken på poren med nära atomär precision.
En ny oljig beläggning som förbättrar funktionaliteten hos nanoporer inspirerades av ett liknande lager i silkesfjärilens antenn. Nanoporer är mätinstrument som möjliggör studier av enskilda molekyler eller proteiner. Kredit:Chris Burke
"Vad detta ger oss är ett förbättrat verktyg för att karakterisera biomolekyler, ", sa Mayer. "Det tillåter oss att få förståelse för deras storlek, avgift, form, koncentration och hastigheten med vilken de samlas. Detta kan hjälpa oss att möjligen diagnostisera och förstå vad som går fel i en kategori av neurodegenerativ sjukdom som inkluderar Parkinsons, Huntingtons och Alzheimers."
Mayers "vätskelipiddubbelskikt" liknar en beläggning på silkesfjärilens antenn som hjälper den att lukta närliggande malhonor. Beläggningen fångar upp feromonmolekyler i luften och för dem genom nanotunnlar i exoskelettet till nervceller som skickar ett meddelande till insektens hjärna.
"Dessa feromoner är lipofila. De gillar att binda till lipider, eller fettliknande material. Så de blir fångade och koncentrerade på ytan av detta lipidlager i silkesfjärilen. Skiktet smörjer feromonernas rörelse till den plats där de behöver vara. Vår nya beläggning tjänar samma syfte, " sa Mayer.
Ett av Mayers främsta forskningsspår är att studera proteiner som kallas amyloid-beta-peptider som tros koagulera till fibrer som påverkar hjärnan vid Alzheimers. Han är intresserad av att studera storleken och formen på dessa fibrer och hur de bildas.
"Befintliga tekniker tillåter dig inte att övervaka processen särskilt bra. Vi ville se hopklumpningen av dessa peptider med nanoporer, men varje gång vi provade det, porerna är igensatta, " sa Mayer. "Då gjorde vi den här beläggningen, och nu fungerar vår idé."
Det här är en närbild av en nanotunnel i en silkesfjärils antenn. Feromoner färdas genom dessa tunnlar, berätta för malhanen att en hona är i närheten. Kredit:Chris Burke
För att använda nanoporer i experiment, forskare placerar det porstickade spånet mellan två saltvattenkammare. De tappar molekylerna av intresse i en av kamrarna och skickar en elektrisk ström genom poren. När varje molekyl eller protein passerar genom poren, det ändrar porens elektriska motstånd. Mängden observerade förändringar berättar för forskarna värdefull information om molekylens storlek, elektrisk laddning och form.
På grund av deras lilla yta och låga effektbehov, nanoporer kan också användas för att upptäcka biologiska krigföringsmedel.
En forskningshöjdpunkt om detta arbete kommer att dyka upp i en kommande upplaga av Nature. Uppsatsen har titeln "Kontrollera proteintranslokation genom nanoporer med bioinspirerade vätskeväggar."
