Form och inriktning är allt. Hur bitar i nanometerstorlek passar ihop i en hel struktur avgör hur bra en levande cell eller en artificiellt tillverkad enhet presterar. En ny metod för att förstå och förutsäga en sådan struktur har kommit med framgångsrik användning av ett nytt bildverktyg.

Koppling laserdriven, tvådimensionell fluorescensavbildning och högpresterande datormodellering, ett team med sex medlemmar-ledd av kemisten Andrew H. Marcus vid University of Oregon och Harvard University-kemisten Alan Aspuru-Guzik-löste konformationen av självmonterade porfyrinmolekyler i ett biologiskt membran.

Porfyriner är organiska föreningar som finns överallt i levande saker. De bär mobila elektriska laddningar som kan hoppa från molekyl till molekyl och tillåta nanoskala kommunikation och energiöverföring. De är också byggstenar i nanodatorer.

Den nya tekniken-fasmodulering 2D-fluorescensspektroskopi-beskrivs detaljerat i en artikel som är planerad att visas online i veckan före regelbunden publicering i Proceedings of the National Academy of Sciences. Genombrottet stöter på det ofta nödvändiga steget för att erhålla kristaller av molekyler som studeras, sa Marcus, medlem i Oregon Center for Optics, Material Science Institute och Institute of Molecular Biology. De flesta funktionella biologiska molekyler bildar inte lätt kristaller.

"Vår teknik är ett fungerande sätt att avgöra hur makromolekylära objekt samlas och bildar de strukturer de kommer att göra i biologiska miljöer, "Marcus sa." Det är robust och kommer att ge ett sätt att studera biologiska protein-nukleinsyrainteraktioner. "

Arbetet pågår redan för att modifiera den experimentella instrumenten i UO:s stabila och temperaturstyrda High Stability Optics Lab för att tillämpa forskningen om DNA-replikationsmaskiner-en kategori av de mest kända makromolekylära komplexen, som består av nukleinsyror och proteiner som måste vara korrekt anpassade för att fungera korrekt. "Det är en strategi som gör att vi kan göra två saker:Titta på dessa komplex en molekyl i taget, och utföra experiment med korta ultravioletta våglängder för att titta på DNA -problem, " han sa.

Dessutom, tillvägagångssättet bör vara användbart för materialforskare som strävar efter att förstå och utnyttja den nödvändiga konformationen av polymerer som används vid tillverkning av nanoskalaenheter. "Inom biologin, stora molekyler samlas för att bilda mycket komplexa strukturer som alla fungerar tillsammans som en maskin, "Marcus sa." Hur dessa nanoskala strukturer bildas och blir funktionella är en aktivt efterfrågad fråga. "

Tekniken bygger på tidigare versioner av tvådimensionell (2D) optisk spektroskopi som framkom i ansträngningar för att komma runt begränsningar som är involverade i tillämpning av röntgenkristallografi och kärnmagnetisk resonans på sådan forskning. De tidigare 2D -metoderna berodde på detektering av överförda signaler men saknade den önskade känsligheten.

Det nya tillvägagångssättet kan kombineras med enmolekylerad fluorescensmikroskopi för att möjliggöra forskning på minsta skala hittills, Sa Marcus. "Med fluorescens, du kan se och mäta vad som händer en molekyl i taget. Vi förväntar oss att detta tillvägagångssätt kommer att tillåta oss att titta på enskilda molekylära sammansättningar. "