科学家在单个分子传感器领域取得突破
加州理工学院应用物理学家设计出一种利用显微镜光学设备探测生物分子的方法。现已证明该方法可以有效地探测到一种显示免疫系统功能的信号蛋白质，即细胞因子（cytokine）。该方法具有广泛的医学应用前景，不仅可以用于及时诊断癌症和其它疾病，还可以用于基础生物学研究。
据信息科技学教授兼应用物理学教授克里·瓦哈拉称，他的实验室先前曾发明了一种“超高Q微型环芯共振器”，新的探测技术正是以这项发明为核心。这是一种环形的玻璃设备，其宽度比人的头发丝还要细，能够非常有效地持续发光。瓦哈拉解释称：“凭借这一特点，该探测器的灵敏度可以达到单一分子的水平，虽然这有点不可思议。”他强调称，最初的设想是探测依附于环形设备上的分子所引起的光学反应。“随着研究的深入，我们能够观察单分子探测事件，而且远比最初的设想要容易得多。”这真是一个愉快的惊喜，究其原因，当分子与微型环芯共鸣器内部储存的光发生相互作用时将产生热量，而该设备可以准确地记录下这些热量。瓦哈拉解释道：“这种热－光反应使灵敏度提高了一百万倍。”安德里亚·阿尔玛尼在瓦哈拉的实验室工作，她把开发这种设备作为其论文研究的一部分，她强调称，设备不仅有极高的灵敏度，还是可编程的，其方式是在它的表面涂上可以与特殊生物分子发生反应的材料。
“该设备所观测的分子是一种增长因子还是一种类似TNT的化学分子将由玻璃微型环芯的表面处理情况来决定。”幸运地是，生物学界和化学界已经开发出了把蛋白质与玻璃表面相给合的技术，这种技术非常有效，因为大多数显微镜载片是玻璃制成的。我们需要做的是采用这种技术来准备我们的结构。瓦哈拉强调称，“把单一分子灵敏度与可编程探测法相结合，也就是说，无需为目标分子帖上标签，这在以前还没有先例，它将使新的试验和测量方法成为可能。”
生物学及生物工程学教授斯科特·弗拉瑟尔是该项目的合作者，他进一步解释道：“该技术将广泛应用于生物实验、医学试验、甚至医疗领域。其优势在于它能够探测到极少数的分子，而且无需为目标分子帖上标签。凭借这种灵敏度，它甚至可以用于实时研究单一细胞释放出的增长因子。”弗拉瑟尔补充称：“这是目前唯一具有这种必不可少的灵敏度和速度的传感器。”
这种类型的实验对于监测环境如何发生变化是非常重要的，比如监测pH值或温度，它可以影响一颗细胞的行为。目前，完成这类实验还必须使用数百万颗的细胞，这经常使结果较为模糊，因为这就好比试图从合唱团中挑选出一个单独的声音。”
在7月5日的《科学快讯》杂志网络版上，该团队报告称已经成功地探测到一系列不同的分子，包括一种免疫反应信号蛋白质，即白细胞间介素－2（IL-2）。为了探测到IL－2，涂在该设备上的相应分子是一种可以识别IL－2的特殊抗体。这种表面处理允许探测器表面与 IL－2结合在一起，与此同时，热－光机制提供了探测IL－2所必需的单分子级灵敏度，即使在血清中也可以达到这种灵敏度。
最令人兴奋的是，该设备能够在无需标注的情况下实时地获得单分子观测结果。究其原因，它可以按程序探测几乎任何一种生物分子，它是一种通用的探测器。正因如此，它将向所有的新实验敞开大门。
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《科学快讯》：新方法用显微光学装置探测单个生物分子
教育部科技发展中心
来自加州理工的应用物理学家找到了用显微光学装置探测单个生物分子的方法。科学家已经用一种免疫系统的信号蛋白cytokines证实了此方法的有效性，因此它可以被用于多种医学领域，例如癌症和其它疾病的早期诊断，以及基础生物学研究等。相应的实验结果发表在7月5日的在线刊物《科学快讯》（Science Express）上。
信息科学技术以及应用物理教授Kerry Vahala认为，这一新探测技术来源于之前的一项发明“超高Q微型环芯共振器”。它是面包圈形状的比人类头发还细的玻璃装置，Vahala表示：“探测器依靠这一特性将探测灵敏度提高到单分子水平。”
这一设计的最初目的是直接探测分子落到共振器后的光学反应，但是随着工作的进行，小组发现他们可以非常容易的探测到单个分子，除了拥有很高的灵敏度之外，科学家还可以在装置的表面镀上能和特定生物分子发生反应的物质。
因此我们可以利用它们设计实验来监测环境的变化情况，例如pH或温度能影响细胞的行为。目前这类实验需要针对数百万细胞群体进行，这就好像要从合唱中挑出单个声音一样困难。
在Science Express上，小组报道了他们成功探测到一系列不同的分子，包括一个免疫反应信号蛋白IL-2，科学家镀上了一层特殊的识别IL-2的抗体，这使得探测器表面可以结合IL-2，而且可以提供探测单个IL-2分子水平的灵敏度，甚至是在血浆中。
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