שיטה מהפכנית לשקילת מולקולה בודדת

כלי מיקרוסקופי, הזעיר פי 1000 מעובייה של שיערה יחידה, עושה שימוש בתנודות רטט על מנת לזהות בו-זמנית הן את המסה והן את המבנה של מולקולה יחידה – מנגנון שלא היה קיים עד עכשיו.

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
מדענים הצליחו לפתח טכנולוגיה חדשה ומהפכנית המסוגלת לדמות ולשקול מולקולה בודדת ולזהות באופן מידי נגיף פרטני.

כלי מיקרוסקופי, הזעיר פי 1000 מעובייה של שיערה יחידה, עושה שימוש בתנודות רטט על מנת לזהות בו-זמנית הן את המסה והן את המבנה של מולקולה יחידה – מנגנון שלא היה קיים עד עכשיו. המחקר נערך בראשות פרופסור John Sader מאוניברסיטת מלבורן ופרופסור Michael Roukes מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה. ממצאי המחקר פורסמו זה מכבר בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology.

החוקרים מציינים כי שיטה חדשנית זו תביא למהפכה בתחום של זיהוי מולקולות עבור ביולוגים, או כל חוקר אחר המעוניין למדוד עצמים זעירים במיוחד. על מנת לזהות את מבנהו של העצם הנבדק החוקרים מחברים אותו להתקן מתנודד זעיר הידוע בשם מתנד (resonator) המבוסס על מערכת ננו-אלקטרומכאנית (nanoelectromechanical system, NEMS). “שיטה נפוצה אחת על מנת להבדיל בין מולקולות שונות היא לשקול אותן באמצעות תהליך הקרוי בשם ספקטרומטריית מסות. הבעיה היא שמולקולות שונות עשויות להיות בעלות משקל זהה. כעת, אנו מסוגלים להבדיל ביניהן בעזרת זיהוי הצורה שלהן,” אומר החוקר הראשי. שיטה זו מבוססת על אלגוריתם מתמטי חדש שפיתחנו ששמו דימות הֶתְמֵד (inertial imaging). ניתן להשתמש בו בתור כלי אבחוני אם אתה מנסה, למשל, לאתר נגיף או חיידק.”

בשיטה של מיקרוסקופית מסות, מולקולות עוברות יינון (הטענה חשמלית) וכך שדה אלקטרומגנטי יכול להגיב איתן. לאחר מכן מודדים את יחסי הגומלין הללו ומקבלים מידע חיוני באשר ליחס המסה/מטען של המולקולה. אולם, שיטה זו אינה מסוגלת להבדיל בין מולקולות שונות בעלות יחסי מסה/מטען זהים. “אולם, כאשר המולקולה מגיעה להתקן מתנודד מסוג NEMS, ניתן להבדיל בין המסות השונות שלהן. שינוי התדרים של ההתקן תלוי במסה ובצורה של המולקולה, כך שניתן ללמוד פרטים רבים על המבנה והמסה של המולקולה,” מציין החוקר הראשי. “השיטה שלנו שונה מאוד ממיקרוסקופיה אופטית שם האור מגביל את הגודל שניתן למדוד. בשיטה שלנו ל”מגבלת השתברות האור” הזו אין כל השפעה.”

שיטה נפוצה לפענוח מבנים מולקולאריים היא השימוש בקריסטלוגרפית קרני רנטגן. שיטה מורכבת זו כרוכה בניקוי וגיבוש של המולקולות, ולאחר מכן חשיפתן לקרינת רנטגן ופענוח תבניות ההשתברות המתקבלות מהן. אולם, גם שיטה זו מוגבלת מאחר והמבנה של מולקולה בסביבתה הטבעית עשויה להיות שונה מתצורתה הגבישית הקשיחה. החוקרים מציניים כי השיטה החדשה תוכל להיות שימושית ביותר עבור ביולוגים. “שיטה חדשה זו מוסיפה פיסה נוספת של מידע ומסייעת לזיהוי ולפענוח של מולקולות, אך כעת – ברמת המולקולה הבודדת, תוצאה שתוכל להיות חשובה ביישומים ביו-רפואיים, בין שאר התחומים.”
הידיעה על המחקר