28.08.2018
Tutkimusuutiset
Yliopiston uutiset

Uudella nanoaktuaattorilla tutkitaan biomolekyylejä

Jyväskylän ja Tampereen yliopistojen tutkijat ovat yhdessä BioNavis Oy:n kanssa kehittäneet uudenlaisen nanoaktuaattorin, jolla voidaan ohjata biomolekyylien muotoa sähkökentän avulla ja samalla tutkia niiden muodonmuutosta kultananohiukkasten optisten ominaisuuksien kautta.

Viime vuosikymmeninä on erilaisten biomolekyylien havaitsemisesta sekä tutkimisesta tullut koko ajan tärkeämpää, erityisesti lääketieteessä sekä ruoka- ja ympäristöteollisuudessa. Nyt mahdollisten menetelmien kirjo laajenee molekyylien aktiiviseen kontrolloimiseen, kun Jyväskylän ja Tampereen yliopistojen tutkijat ovat yhdessä kehittäneet nanoaktuaattorin, jossa johtavaan pintaan biomolekyylin avulla ankkuroitua kultananohiukkasta liikutetaan pinnaan suhteen sähkökentällä, jolloin tästä aiheutuva voima muuttaa biomolekyylin muotoa. Liikkeet voidaan havaita hiukkasen optisten ominaisuuksien, eli tässä tapauksessa värin, muutoksesta.

- Yleensä vastaavissa laitteissa ja ilmaisimissa käytetään joko orgaanisia tai epäorgaanisia rakenteita ja menetelmiä, mutta me halusimme yhdistää kummankin tavan parhaat puolet, sanoo tohtori Kosti Tapio.



Uusia mahdollisuuksia molekyylien tutkimiseen

Tutkimuksessa tarkasteltiin yksittäisiä DNA molekyylejä ja havainnollistettiin kuinka ns. hiuspinnirakenne aiheuttaa merkittäviä rajoitteita sen muodonmuutokseen, verrattuna varsin taipuisaan normaaliin DNA:han.

- Tämä menetelmä mahdollistaa monien biologisesti mielenkiintoisten molekyylien ja ehkä jopa virusten rakenteen tutkimisen, kertoo apulaisprofessori Vesa Hytönen proteiinidynamiikan ryhmästä Tampereen yliopistosta.

Molekyylien tutkimisen lisäksi menetelmää voidaan hyödyntää myös niin sanotuissa pintavahvistetuissa spektroskopioissa kuten pintavahvistetussa Raman sironnassa, koska hiukkasen värinkin määräävää plasmoniresonanssia ja siten vahvistettavaa aallonpituutta voidaan säätää sähkökentän avulla.

- Pintavahvistetuissa menetelmissä on ennenkin ollut käytössä säädettäviä plasmoniresonansseja, mutta yleensä tämä säätely on ollut kertaluontoista. Meidän uusi menetelmämme mahdollistaa jatkuvan ja toistettavan muutoksen, toteaa apulaisprofessori Jussi Toppari molekyylielektroniikan ja –plasmoniikan ryhmästä Jyväskylän yliopistosta.

Tutkimuksen ovat rahoittaneet Suomen Akatemia (OMA – Ohjelmoitavat materiaalit) sekä Suomen Kulttuurirahasto (Keski-Suomen rahasto). BioNavis Oy mahdollisti tarvittavat plasmonianalyysit tarjoamalla laitteiston ja alan erityisosaamista.

Lisätietoa:

  • Apulaisprofessori Jussi Toppari, jussi.toppari@jyu.fi, +358 40 8054123 Molekyylielektroniikan ja –plasmoniikan tutkimusryhmä, Fysiikan laitos ja Nanotiedekeskus, Jyväskylän yliopisto
  • Apulaisprofessori Vesa Hytönen, hytonen@uta.fi, +358 40 1901517 Proteiinidynamiikan ryhmä, Lääketieteen ja biotieteiden tiedekunta ja BioMediTech, Tampereen yliopisto
  • Tohtori Kosti Tapio, kostapio@uni-potsdam.de, +358 50 5118827 Spektroskopia sekä kemiallinen kuvantaminen, Kemian laitos, Potsdamin yliopisto, Saksa.
  • Artikkelin tiedot: Tapio, D. Shao, S. Auer, J. Tuppurainen, M. Ahlskog, V.P. Hytönen and J. Toppari, DNA-nanoparticle actuator enabling optical monitoring of nanoscale movements induced by electric field, Nanoscale
  • Linkki julkaisuun: http://dx.doi.org/10.1039/C8NR05535A