Ett team av University of Florida forskare har skapat små hybrid partiklar som snabbt kan utrota även en isolerad E. coli-bakterien som lurar i köttfärs eller tillhandahålla en viktig tidig varning larm för bakterier användas som agenter för bioterrorism och för tidig sjukdomsdiagnos.
Studien kommer att visas denna vecka i Proceedings of National Academy of Sciences .
"Vårt fokus är att utveckla en bionanoteknik som kombinerar styrkan i nanoteknik och biokemi för att skapa en ny typ av" bionanomaterial ", som har några unika egenskaper", säger Weihong Tan, ett UF forskningsstiftelse professor i kemi och biträdande chef för UF: s Centrum för Forskning vid Bio / Nano Interface. "På grund av dessa egenskaper, vi kan avsluta upptäckt av en enda bakterie i 20 minuter."
Bionanoteknik är en ny gräns för forskning som kombinerar två till synes oförenliga material - byggstenarna i livet och syntetiska strukturer - på en liten, molekylär-stora skala. Nanoteknik arbetar med föremål som är i storleksordningen 1 till 100 nanometer, en nanometer är en miljarddels meter, ungefär storleken av flera atomer. I kombination med molekylär biologi, möjliga tillämpningar av denna nano-gränsen är utbredd och låter som science fiction. Forskare håller på att utforma mikroskopiska "nanobots" bioprobes och biosensorer att när implanteras i människokroppen, skulle kunna genomföra ett antal medicinska uppgifter, från att leverera läkemedel för att upptäcka maligna celler.
Tans sammansatta material kallas "bioconjugated nanopartiklar," ett prefix tung term som framhäver deras blandade natur. "Det är en väldigt enkel idé", säger Tan. Han tar antikroppar - molekyler som används för att söka vissa typer av bakterier - och fäster, eller "konjugat" dem till små dye-laddade partiklar.
"En bioconjugated partikel är kopplad till antikroppen, som kan känna igen en viss typ av bakterie," Tan sagt. "Inuti denna partikel, sätter vi många fluorescerande färg molekyler på ett sådant sätt att du kan generera ett mycket, mycket hög signal." När en partikel finner de bakterier som den är utformad för att söka, lyser det.
Dye-märkta antikroppar används ofta för att hitta bakterier i ett prov, men de traditionella metoderna är inte så känsliga - skenet från en antikropp kopplade färgämne molekyl bara inte är lätt att se, och som kan skapa eventuella hälsorisker. "Ibland en bakterie gör skillnaden," Tan sagt.
Hemligheten till UF lagets super-känslig metoden är i såsen: Den kisel struktur som de använder för att binda antikropps-och-dye amalgam tillsammans gör att varje partikel att hålla tusentals färg molekyler, snarare än bara en, vilket gör fluorescerande signal hundratals till tusentals gånger starkare.
Förbättra fluorescerande signal också eliminerar en tidskrävande del av den aktuella bakterien identifieringsprocessen. Små mängder av bakterier är svåra att upptäcka och räkna hur många bakterier i ett prov, har forskare ofta till "plattan" det - Placera provet i en petriskål och låt kolonier växa i en till ett par dagar innan analysen . Fann dock bioconjugated nanopartiklar en E. coli-bakterien i ett prov av köttfärs på mindre än 20 minuter, från start till mål.