Egyetlen molekula reakcióit is vizsgálhatják egy új kutatási eljárással

Amerikai kutatók szellemes módszert fejlesztettek ki, amelynek segítségével akár egyedi molekulák között lejátszódó kémiai reakciókat is vizsgálhatnak. A folyadékok mikroszkopikus nagyságrendű kezelésével olyan mikrocseppeket állítottak el, amelyek a kívánt vegyület molekulájának egyetlen példányát tartalmazták. A megfelelő mikrocseppek egyesítésével és a bennük lévő molekulák kémiai reakciójának előidézésével a kutatók hasznos információkat nyerhetnek például az enzimek és a DNS tulajdonságairól.

A víz a nagyjából 35 mikrométeres mikrofolyadék csatornában áramlik, és a szűkületnél parányi cseppekre válik szét

Carlos López-Mariscal és Kristian Helmerson, az amerikai Szabványügyi Intézet két fizikusa olyan parányi mikrofolyadékos eszközt szerkesztett, amelynek csatornájában vizet áramoltathatnak. A vizet olajkeverék segítségével préselik be egy keskeny szűkületbe. Itt a hirtelen nyomáscsökkenés és kevés detergens (felületi feszültséget csökkentő anyag) hatására a víz apró cseppekre oszlik szét. (A jelenség ahhoz hasonló, amikor a csapból vékony sugárban folyó víz kis cseppekre válik szét.)

A vízcseppek mérete szinte teljesen egyforma, és szabályozható a szűkület szélességének beállításával. Ezzel az eljárással a kutatók nagyjából egy mikrométeres átmérőjű cseppeket állíthatnak elő, amelyek térfogata fél attoliter (a liter milliárdodszor milliárdod, azaz 10 a mínusz 18-on része).

A mikrofolyadék csatornában a vizet össze lehet hozni a vizsgálandó molekulával, amelyet csupán a megfelelő koncentrációban kell bejuttatni. Így a létrejövő vízcseppek zöme pontosan egy molekulát fog fölvenni. A cseppek belsejében az egyedi molekulák szabadon mozoghatnak a számukra viszonylag tágas gömbben a vízmolekulákkal együtt, amelyek a cseppek fő tömegét teszik ki.

Lézersugarak segítségével a kutatók képesek két vagy több cseppet mozgatni, és így összeolvasztani őket. A lejátszódó kémiai reakciókat optikai módszerekkel figyelhetik meg. A kezdeti kísérleti reakciókban a kutatók fluoreszcens molekulákat kevertek össze, amelyek különféle színeket bocsátanak ki. A jövőben azonban sokkal érdekesebb kémiai reakciókat terveznek, például olyanokat, amelyek egy fertőző ágens és egy antitest között vagy egy kromoszóma és egy gyógyszermolekula között játszódnak le. A kutatók bármilyen kívánt mintázatúra formálhatják a lézersugarat, így nemcsak egyedülálló cseppeket, hanem különböző elrendeződésű cseppek csoportját is befoghatják. Ezzel új lehetőségek nyílnak meg az egymolekulás spektroszkópia előtt.