(Phys.org) - Genom att blanda optiska och atomära kraftmikroskoptekniker, Iowa State University och Ames Laboratory forskare har hittat ett sätt att slutföra 3D-mätningar av enstaka biologiska molekyler med en aldrig tidigare skådad noggrannhet och precision.

Befintlig teknik gör det möjligt för forskare att mäta enstaka molekyler på x- och y-axlarna i ett 2-D-plan. Den nya tekniken gör det möjligt för forskare att göra höjdmätningar (z -axeln) ner till nanometern - bara en miljarddels meter - utan anpassad optik eller speciella ytor för proverna.

”Detta är en helt ny typ av mätning som kan användas för att bestämma z -positionen för molekyler, ”Sa Sanjeevi Sivasankar, en biträdande professor i fysik och astronomi i Iowa State och en associerad med det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory.

Detaljer om tekniken publicerades nyligen av tidskriften Nano bokstäver . Medförfattare till studien är Sivasankar; Hui Li, en postdoktoral forskningsassistent i Iowa State i fysik och astronomi och en associerad med Ames Laboratory; och Chi-Fu Yen, en doktorand i Iowa State i el- och datateknik och en studentassistent vid Ames Laboratory.

Sivasankars forskningsprogram har två mål:att lära sig hur biologiska celler ansluter till varandra och att utveckla nya verktyg för att studera dessa celler.

Det är därför den nya mikroskopteknologin - kallad stående vågaxial nanometri (SWAN) - utvecklades i Sivasankars laboratorium.

Så här fungerar tekniken:Forskare fäster ett kommersiellt atomkraftmikroskop till ett fluorescensmikroskop med en enda molekyl. Spetsen på atomkraftmikroskopet är placerad över en fokuserad laserstråle, skapa ett stående vågmönster. En molekyl som har behandlats för att avge ljus placeras i den stående vågen. När toppen av atomkraftmikroskopet rör sig upp och ner, fluorescensen som avges av molekylen fluktuerar på ett sätt som motsvarar dess avstånd från ytan. Det avståndet kan jämföras med en markör på ytan och mätas.

"Vi kan upptäcka molekylens höjd med nanometer noggrannhet och precision, ”Sa Sivasankar.

Tidningen rapporterar att mätningar av en molekyls höjd är exakta till mindre än en nanometer. Det rapporterar också att mätningar kan göras om och om igen med en precision på 3,7 nanometer.

Sivasankars forskargrupp använde fluorescerande nanosfärer och enstaka DNA -strängar för att kalibrera, testa och bevisa sitt nya instrument.

Användare som kan dra nytta av tekniken inkluderar medicinska forskare som behöver data med hög upplösning från mikroskop. Sivasankar tror att tekniken har kommersiell potential och är övertygad om att den kommer att främja hans eget arbete inom biofysik med en enda molekyl.

"Vi hoppas kunna använda den här tekniken för att driva forskningen framåt, Sa han. "Och genom att göra det, vi kommer att fortsätta uppfinna ny teknik. ”