Livet beror på anmärkningsvärda uppsättningar av biokemiska reaktioner. Att förstå hur biomolekyler fungerar kräver realtidsövervakning av dessa reaktioner. Det händer bara i små bråkdelar av en millisekund, detta är mycket svårt även med mycket känsliga optiska instrument. Därför, Ph.D. forskaren Yuyang Wang använder en 'plasmonisk nanotorch, "en enda nanopartikel av metall som belyser enskilda fluorescerande molekyler, gör det möjligt att nu upptäcka de ultrasnabba biokemiska reaktionerna. Wang försvarar sin doktorsexamen den 19 juni.
Biokemiska reaktioner, särskilt de som involverar enzymer, är det som gör livet möjligt. Studiet av dessa reaktioner utgör grunden för moderna biofysiska vetenskaper, och en mängd information har avslöjats om de inblandade längd- och tidsskalorna. Tills nyligen, biomolekyler och deras interaktioner studerades på ensemblenivå, där många molekyler studeras på tidsskalor mycket längre än i en biokemisk reaktion.
Ta itu med de biologiska pusslen
Enmolekylig fluorescensmikroskopi (SMFM) är ett viktigt verktyg för att få biologisk insikt i komplexa molekylära system där höga tids- och rumsliga upplösningar krävs. Med SMFM, man kan ta itu med de biologiska pussel som traditionellt är omöjliga att lösa. Detta beror på att enmolekylkänslighet ger tillgång till tid-till-tid- och molekyl-till-molekylskillnader i samband med komplicerade biologiska processer, som är dolda i observationer på ensemble-nivå.
Dock, den tidsmässiga upplösningen för SMFM begränsas av ljusstyrkan hos enstaka molekyler på grund av deras inneboende fluorescensmättnad vid hög lasereffekt. Nya tillvägagångssätt för att öka ljusstyrkan är brådskande nödvändiga för att utöka tillämpningarna av SMFM till snabbare regimer. Yuyang Wang undersökte därför användningen av enstaka guld -nanopartiklar för att öka den maximala ljusstyrkan för enstaka molekyler.
Nanoskala antenner
Ädelmetallnanopartiklar, guld- eller silverpartiklar som är mindre än 100 nanometer, bete sig som nanoskala antenner. Fluorescensmolekyler som finns i närheten av dessa partiklar påverkas avsevärt och verkar mycket ljusare som om de tänds av en "plasmonisk nanotorch". Wang ägnade särskild uppmärksamhet åt mättnadsbeteendet hos enstaka molekyler nära plasmoniska partiklar, eftersom mättnad begränsar ljusstyrkan. Han fann att enstaka plasmoniska nanopartiklar modifierar mättnadsbeteendet och ökar den maximala ljusstyrkan för enskilda molekyler upp till hundratals gånger. Han utvecklade också ett systematiskt tillvägagångssätt både i teori och praktik för att arbeta med dessa nanopartiklar.
För första gången appliceras nu enstaka plasmoniska nanotorcher för att upptäcka fluorogena enzymreaktioner, ett betydande steg för att driva fluorescensförbättringen till fältet av enmolekylig enzymologi. Wangs forskning ökar förståelsen för plasmonförstärkt fluorescens och banar väg för att studera snabba biomolekylära processer.
