Forskare vid universitetet i Jyväskylä (Finland) och universitetet i Tammerfors (Finland) har tillsammans med BioNavis Ltd (Finland) utvecklat ett nytt nanoaktuatorsystem, där biomolekylens konformation kan ställas in med elektriskt fält och undersökas med hjälp av guldnanopartiklars optiska egenskaper.

Under de senaste decennierna, nanoaktuatorer för detektering eller sondering av olika biomolekyler har väckt stort intresse till exempel inom områdena biomedicin, livsmedels- och miljöindustrin. För att tillhandahålla mer mångsidiga verktyg för aktiv molekylär kontroll i nanometerskala, forskare vid Jyväskylä universitet och Tammerfors universitet har tagit fram ett nanoaktuatorsystem, där guldnanopartiklar (AuNP) bundna på en ledande yta förflyttas reversibelt med hjälp av elektriska fält, samtidigt som den övervakar dess position optiskt via förändringar av dess plasmonresonans. Krafter inducerade av AuNP-rörelsen på molekylen som förankrar nanopartikeln, kan användas för att förändra och studera dess konformation.

"Relaterade studier använder antingen organiska eller oorganiska gränssnitt eller material som sonder. Vår idé var att smälta samman dessa två domäner för att uppnå det bästa från de båda världarna, " säger postdoktorn Kosti Tapio.

Fler möjligheter att studera molekyler

Enligt den aktuella studien, det visades att AuNPs förankrade via hårnåls-DNA-molekyl upplevde ytterligare diskretisering i sin rörelse på grund av öppning och stängning av hårnålsslingan jämfört med slätten, enkelsträngat DNA.

"Detta fynd kommer att möjliggöra konformationsstudier av olika intressanta biomolekyler, eller till och med virus, " säger docent Vesa Hytönen från Protein Dynamics Group från Tammerfors universitet.

Förutom att studera strukturen och beteendet hos molekyler, detta schema kan utvidgas till ytförstärkta spektroskopier som SERS, eftersom avståndet mellan partikeln och den ledande ytan och därmed nanopartikelns plasmonresonans kan ställas in reversibelt.

"Nanopartikelsystem med avstämbara optiska egenskaper efter tillverkning har utvecklats tidigare, men vanligtvis är inställningsprocesserna irreversibla. Vårt tillvägagångssätt erbjuder mer anpassningsbarhet och möjligheter när det kommer till detektionsvåglängder och molekyler, " konstaterar docent Jussi Toppari från Jyväskylä universitet.

Forskningen finansierades av Finlands Akademi (OMA—programmerbart material) och Finska kulturfonden (Mersta Finlands regionfond). Författare tackar BioNavis Ltd för utrustning och väsentlig expertis i SPR-analysen.