Elkészült az első vírus-mérleg

Amerikai kutatók olyan eszközt fejlesztettek ki, amely a sejteknél is nagyságrendekkel kisebb vírusok tömegének mérésére szolgál.

Az amerikai Cornell Egyetem kutatóinak már korábban sikerült olyan érzékeny mérleget kifejleszteniük, amellyel akár egyetlen sejt tömegét is könnyedén megmérhetik. Azóta ezt az álomhatárt is átlépték, és immár a sejteknél jóval kisebb vírusokat teszik mérlegre, miközben sorra hagyják maguk mögött a bevett nano, piko, majd femto előtagokat; mára az attogrammok szférájában mozognak, és megközelítették a zeptogrammok nagyságrendjét is.

Harold Craighead, a cornelli kutatócsoport vezetője a Journal of Applied Physics c. folyóiratban közölt beszámolóban elmondta, hogy parányi ugródeszkára hasonlító rugócskák segítségével akár 6 attogrammos tömeget is képesek megmérni. Az eljárás lényege az, hogy a mérlegre helyezett tömeg megváltoztatja a mérőműszer rezgésének frekvenciáját.

A szubmikroszkopikus készüléküket, amely maga is nanométeres nagyságú (egy nanométer a méter egymilliárdod része, és nagyjából három szilíciumatom méretének felel meg) nanoelektromechanikai rendszernek (nanoelectromechanical systems, NEMS) nevezték el. A szerkezet azonban mára már az attogrammos tartományban is képes mérni. Egy kisebb vírus tömege nagyjából 10 attogrammra tehető.

A fejlesztéshez egy korábbi kísérletsorozat adta az inspirációt, amikor femtogrammos tartományban is mértek tömeget. Például sikerült egyetlen 665 femtogrammos E. coli baktériumot mérlegre tenni. A kutatók rájöttek, hogy a mérleg érzékenysége úgy növelhető, hogy csökkentik a rugócskák méretét, és vákuumba helyezik őket.

Nanomérleg szilíciumból

Képzeljünk el egy 4 mikrométer hosszú és 500 nanométer széles, szilíciumból és szilícium-nitridből készült ugródeszkát. Ahogy az uszodai ugródeszka is rezeg, amikor leugrunk róla, ezek az apró rugócskák is mozgásba hozhatók - egy elektromos mező vagy lézersugár segítségével. A rezgés frekvenciája úgy mérhető, hogy egy lézersugarat vetítünk a szerkezetre, és megfigyeljük a fény visszaverődésének változását.

A technológia hasonlít ahhoz, amelynek segítségével az elmúlt évben a Cornell Egyetemen a nanogitár legújabb verzióját "szólaltatták meg". (A szubmikroszkopikus hangszer csupán a nanotechnológia lehetőségeinek demonstrálására készült.) Köztudott, hogy egy tárgy rezgése többek között annak tömegétől is függ: egy nehéz gitárhúr lassabban vibrál egy kisebb tömegűnél, és alacsonyabb hangot ad ki. A cornelli mérleg rugószálai a rádióhullámok frekvenciatartományában oszcillálnak, 1 és 15 megahertz között. Mivel eleve elképesztően parányi méretűek (és tömegűek), a legapróbb súly hozzáadása is megváltoztatja frekvenciájukat.

Baktériumsejtek mérésekor a rugócskára olyan antitesteket vittek fel, amelyek az E. coli baktériumokhoz kötődnek. A szálakat azután baktériumokat tartalmazó oldatba mártották, és várták, hogy azok az antitestekhez tapadjanak. (Mindazonáltal arra volt szükség, hogy csupán egyetlen baktérium kapcsolódjon az antitestekhez.) A frekvenciaváltozásból aztán már egyszerű kiszámítani a sejt tömegét.

A kutatók elmondása szerint a rugókhoz antitestek segítségével már vírusokat és fehérjéket is kapcsoltak, de a Journal of Applied Physics cikkében leírt eljárás során nem így jártak el: az antitestek helyett ezúttal kb. 50 nanométeres átmérőjű aranypettyeket vittek fel a szálacskák végére. Ezt követően egy kénalapú szerves vegyületet tartalmazó oldatba mártották a szálakat (a vegyület természetes körülmények között kötést hoz létre az arannyal) - és megvárták, amíg néhány száz molekulából álló, ám egyetlen molekulányi vastagságú réteg alakul ki az aranypettyeken. A frekvenciaváltozásból azután kiszámították, hogy az 50 nanométeres aranypettyekhez egyenként 6,3 attogram tömeg kapcsolódik.

A kutatók számításai szerint a mérleg jelenleg legfeljebb 0,37 attogramos tömeget képes mérni, ám a fejlesztés folytatásával átléphetnek zeptogrammos tartományba.

A műszer érzékenysége olyan, hogy felhasználható DNS-molekulák, fehérjék és más biomolekulák észlelésére és azonosítására, ha a szálacskákra a megfelelő antitestet vagy kötőanyagot viszik fel. A kutatók szóbeli beszámolói szerint már sikerült vírust is mérniük, ám a dolgozatukban erről még nem számoltak be.