Forskare från University of Leeds har tagit ett avgörande steg framåt inom bio-nanoteknik, ett område som använder biologi för att utveckla nya verktyg för vetenskap, teknik och medicin.

Den nya studien, publiceras i tryck idag i tidskriften Nanobokstäver , visar hur stabila 'lipidmembran' – den tunna 'huden' som omger alla biologiska celler – kan appliceras på syntetiska ytor.

Viktigt, den nya tekniken kan använda dessa lipidmembran för att "rita" – liknande att använda dem som ett biologiskt bläck – med en upplösning på 6 nanometer (6 miljarddelar av en meter), vilket är mycket mindre än vad forskarna tidigare trodde var möjligt.

"Detta är mindre än de aktiva beståndsdelarna i de mest avancerade kiselchipsen och lovar förmågan att placera funktionella biologiska molekyler – som de som är involverade i smak, lukt, och andra sensoriska roller – med hög precision, att skapa nya hybrida bioelektroniska enheter, sa professor Steve Evans, från School of Physics and Astronomy vid University of Leeds och en medförfattare till uppsatsen.

I studien, forskarna använde något som kallas Atomic Force Microscopy (AFM), vilket är en avbildningsprocess som har en upplösning ner till bara en bråkdel av en nanometer och fungerar genom att skanna ett föremål med en mycket liten mekanisk sond. AFM, dock, är mer än bara ett bildverktyg och kan användas för att manipulera material för att skapa nanostrukturer och för att "rita" ämnen på områden i nanostorlek. Den senare kallas 'nano-litografi' och var den teknik som professor Evans och hans team använde i denna forskning.

Möjligheten att kontrollerat "skriva" och "positionera" lipidmembranfragment med så hög precision uppnåddes av George Heath, en doktorand från School of Physics and Astronomy vid University of Leeds och huvudförfattaren till forskningsartikeln.

Herr Heath sa:"Metoden är ungefär som färgen i en penna. istället för att skriva med flytande bläck, vi låter lipidmolekylerna – bläcket – torka på spetsen först. Detta gör att vi sedan kan skriva under vattnet, som är den naturliga miljön för lipidmembran. Tidigare, andra forskarlag har fokuserat på att skriva med lipider i luften och de har bara kunnat uppnå en upplösning på mikron, som är tusen gånger större än vad vi har visat."

Forskningen är av grundläggande betydelse för att hjälpa forskare att förstå strukturen hos proteiner som finns i lipidmembran, som kallas "membranproteiner". Dessa proteiner verkar för att kontrollera vad som kan släppas in i våra celler, för att ta bort oönskat material, och en mängd andra viktiga funktioner.

Till exempel, vi luktar saker på grund av membranproteiner som kallas "olfaktoriska receptorer", som omvandlar upptäckten av små molekyler till elektriska signaler för att stimulera vårt luktsinne. Och många läkemedel fungerar genom att rikta in sig på specifika membranproteiner.

"För närvarande, forskare känner bara till strukturen hos en liten handfull membranproteiner. Vår forskning banar väg för att förstå strukturen hos de tusentals olika typerna av membranproteiner för att möjliggöra utvecklingen av många nya läkemedel och för att hjälpa vår förståelse av en rad sjukdomar, " förklarade professor Evans.

Förutom biologiska tillämpningar, detta forskningsområde skulle kunna revolutionera produktionen av förnybar energi.

Arbetar i samarbete med forskare vid University of Sheffield, Professor Evans och hans team har alla membranproteiner som krävs för att konstruera en fullt fungerande imitation av hur växter fångar solljus. Så småningom, forskarna kommer att godtyckligt kunna byta ut de biologiska enheterna och ersätta dem med syntetiska komponenter för att skapa en ny generation solceller.

Professor Evans avslutar:"Detta är en del av det framväxande området syntetisk biologi, varvid tekniska principer tillämpas på biologiska delar – oavsett om det är för energifångst, eller för att skapa konstgjorda näsor för tidig upptäckt av sjukdom eller helt enkelt för att informera dig om att mjölken i ditt kylskåp har försvunnit.

"Möjligheterna är oändliga."