(Phys.org)-En ny teknik som fångar ljuset i nanoskala för att möjliggöra realtidsövervakning av enskilda molekyler som böjer och böjer sig kan hjälpa oss att förstå hur förändringar i en cell kan leda till sjukdomar som cancer.

En ny metod som använder tätt begränsat ljus som fångas mellan guldspeglarna en miljarddels meter från varandra för att se molekyler "dansa" i realtid kan hjälpa forskare att avslöja många av cellprocesserna som är väsentliga för allt liv, och hur små förändringar i dessa processer kan leda till sjukdomar som cancer eller Alzheimers.

Forskare från University of Cambridge har visat hur man använder ljus för att se enskilda molekyler som böjer och böjer sig när de rör sig genom ett modellcellmembran, för att bättre förstå cellernas inre funktion. Detaljer publiceras idag (12 augusti) i tidningen Vetenskapliga rapporter .

Membranet är avgörande för cellernas normala funktion; hålla virus borta men tillåta utvalda molekyler, som droger, att ta sig igenom. Denna kritiska frontlinje för cellulärt försvar består av ett lager fettlipider, bara några nanometer tjock.

Men när cellmembranet är skadat oönskade inkräktare kan marschera in i cellen. Många degenerativa sjukdomar, som Alzheimers, Parkinsons, cystisk fibros och muskeldystrofi antas härröra från skador på cellmembranet.

Möjligheten att se hur enskilda lipidmolekyler interagerar med sin omgivning kan hjälpa forskare att inte bara förstå hur dessa och andra sjukdomar beter sig i sina tidigaste skeden, men också många av de grundläggande biologiska processerna som är nyckeln till allt liv.

För att se cellmembranets beteende på nivån för enskilda molekyler, Cambridge -laget, som arbetar med forskare från University of Leeds, klämde in dem i ett litet gap mellan de speglade guldfasetterna på en nanopartikel som satt strax ovanför en platt guldyta.

Genom mycket exakt kontroll av nanostrukturernas geometri, och med hjälp av Raman -spektroskopi, en ultrakänslig molekylär identifieringsteknik, ljuset kan fastna mellan speglarna, tillåter forskarna att "fingeravtryck" enskilda molekyler. "Det är som att ha ett extremt kraftigt förstoringsglas av guld, "sade professor Jeremy Baumberg från NanoPhotonics Center vid Cambridge's Cavendish Laboratory, som ledde forskningen.

Genom att analysera färgerna på ljuset som sprids av speglarna kunde de olika vibrationerna i varje molekyl ses inom detta intensiva optiska fält. "Genom att undersöka sådana känsliga biologiska prover med ljus kan vi titta på dessa dansmolekyler i timmar utan att ändra eller förstöra dem, "sa medförfattaren Felix Benz. Molekylerna står axel vid axel som träd i en skog, medan några skakar runt i sidled.

Genom att kontinuerligt observera det spridda ljuset, enskilda molekyler ses röra sig in och ut ur de små luckorna mellan speglarna. Noggrann analys av signaturerna från olika delar av varje molekyl tillät eventuella förändringar i molekylformen, vilket hjälper till att förstå hur deras reaktionsplatser kan avslöjas när de är på jobbet. Mest spännande säger teamet att dessa böjnings- och böjningsrörelser inte förväntas inträffa vid experimentets långsamma tidsskalor, låta forskarna göra videor av sina framsteg.

"Det är helt häpnadsväckande att se molekylerna ändra form i realtid, "sade Richard Taylor, huvudförfattare till tidningen.

De nya insikterna från detta arbete föreslår sätt att avslöja processer som är väsentliga för allt liv och förstå hur små förändringar i dessa processer kan orsaka sjukdom.