Vasily Kolchenko, docent i biologiska vetenskaper vid New York City College of Technology (City Tech), är en nyckelspelare i ett forskarlag som nyligen fick ett genombrott med enorm potentiell betydelse för behandling av allvarliga sjukdomar.

Deras arbete har gjort det möjligt, för första gången, för att upptäcka den minsta viruspartikeln. Eftersom till och med en viruspartikel kan representera ett dödligt hot, forskningen kommer sannolikt att ge ett viktigt bidrag till pågående forskning om tidig upptäckt av sådana sjukdomar som AIDS och cancer.

Tills forskargruppen tillkännagav sin upptäckt i år i Bokstäver i tillämpad fysik (27 juli, 2012), inget instrument eller metod hade lyckats pålitligt och exakt detektera en enda viruspartikel, som är i storleksintervallet för en nanopartikel. (Cirka 80, 000 nanopartiklar sida vid sida skulle ha samma bredd som ett människohår.)

Forskningen kommer potentiellt att ha en enorm inverkan på allmänheten, hjälpa till att upptäcka sjukdomar i dess tidigaste skede när färre patogener är närvarande och medicinsk intervention kan vara mest effektiv. Detta nya tillvägagångssätt har också möjliga tillämpningar för identifiering av många molekyler, speciellt proteiner, som är viktiga för läkemedelsutvecklingsforskning, både som mål och behandlingar.

Medan forskare länge har använt mikroskop för att se föremål så små som bakterier, virus är mycket mindre. Även de känsligaste elektronmikroskopen, som är besvärliga, dyr och svår att använda, kan inte garantera upptäckt av dessa små partiklar.

Teamets genombrott involverade att lägga till en nanoantenn till den ljusavkännande enheten för att förbättra signalen. "Tanken att ljus kan 'känna' närvaron av nanopartiklar och svara på deras ankomst var banbrytande, " säger Dr. Kolchenko.

"Eftersom alla de dödligaste virusen och de mest intressanta biologiska molekylerna - proteiner och DNA - tillhör nanovärlden, vår forskning visade sig vara verkligt innovativ, och dess löfte är nästan obegränsat när det gäller att upptäcka i stort sett allt av intresse inom biovetenskap, " han lägger till.

Dr Kolchenko, som har en medicinsk examen, en doktorsexamen i fysiologi och en magisterexamen i matematik från Kiev University, tillhandahållit en unik kombination av expertis inom bioinformatik, matematik och medicin som var en viktig del av projektets framgång med att isolera det minsta individuella RNA-viruset, MS2.

"Jag blev först intresserad av att forska om att använda ljus för detektering och mätning av de minsta biologiska och icke-levande föremålen när jag hörde ett föredrag om biosensorer som professor Stephen Arnold från Polytechnic/NYU höll vid City Tech, " säger Dr Kolchenko, som undervisar i biologi på City Tech och bioinformatik på Yrkeshögskolan.

Det tvååriga forskningsprojektet, finansierat för $400, 000 av National Science Foundation, har genomförts vid Polytechnic/NYU:s Micro-Particle Laboratory for BioPhotonics, under ledning av Dr. Stephen Arnold, i samarbete med fysikavdelningarna vid Fordham University och Hunter College, och avdelningen för biologiska vetenskaper vid City Tech. Polytechnic/NYU har ansökt om ett brukspatent för teamets banbrytande innovation.

Före det senaste NSF-projektet, tio års laboratorieforskning av Dr. Kolchenko och hans kollegor resulterade i utvecklingen av en enkel, lågkostnadsdesign för mer känsliga, miniatyrenheter som kan upptäcka och mäta virus, proteiner och DNA i realtid. Från 2005 till 2008, teamet publicerade artiklar som beskriver dess framsteg i sådana prestigefyllda tidskrifter som Bokstäver i tillämpad fysik , Faraday Diskussioner och Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Ett av de ultimata målen är att utveckla bärbara, billig, lättanvända och mycket känsliga enheter för vård- och forskningsmiljöer, " säger Dr. Kolchenko. "Denna forskning öppnar dörren för mycket känslig detektering och mätning av biologiska och andra nanopartiklar som är väsentliga i molekylärbiologin, klinisk medicin och diagnostik, epidemiologi, ekologi, nanoteknik och andra områden."

Ytterligare forskning planeras, enligt Dr Kolchenko. "Eftersom enstaka proteinmolekyler är mycket mindre än viruspartiklar, deras upptäckt kommer att vara det ultimata testet av metoden, " säger han. "Vi hoppas efter lite ytterligare forskning och utveckling, vår metod kommer också att tillåta enstaka proteindetektion."

Sådan forskning skulle kunna möjliggöra tidigare screening av cancermarkörer, som är proteinmolekyler som produceras när cancer växer. För närvarande, det finns flera markörer som potentiellt skulle kunna detekteras av den nya biosensorn; tidig upptäckt av dessa markörer kan göra det möjligt för behandling att påbörjas tidigare, öka canceröverlevnaden.

Säger Dr. Kolchenko, "Vi har bara skrapat på ytan av vad som sannolikt är möjligt."