July 21st, 2023
פרוטוקול זה מדגים מדידות פיזור ראמאן משופר פני שטח (SERS) של מולקולה אחת באמצעות ננו-אנטנת אוריגמי של DNA (DONA) בשילוב עם מיקרוסקופ כוח אטומי מקומי (AFM) ומדידות ראמאן.
מטרת המחקר שלנו היא לפתח כלים חדשים לזיהוי מולקולות בודדות על ידי פיזור או מקור ראמאן משופר על פני השטח. זוהי הטכניקה היחידה המספקת טביעת אצבע כימית של מולקולה ורגישה מספיק כדי לזהות מולקולות בודדות. בדרך זו, מידע מכניסטי מפורט על תגובות כימיות ניתן להשיג.
ננו-מבנים של אוריגמי DNA שימשו למיקום מדויק הן של ננו-חלקיקים פלסמוניים והן של מולקולות מטרה. וזה נדרש מכיוון שפיזור הרמאן המשופר מקורו בנפח ננומטרי קטן בין הננו-חלקיקים שאנו מכנים נקודות חמות. וכעת יצרנו ננו-אנטנה חדשה של DNA אוריגמי פלסמוני, בדיוק למטרה זו.
האתגר העיקרי הוא למקם מולקולות מטרה בנקודות חמות כאלה בין שני ננו-חלקיקים ולאסוף נתוני ראמאן ממבנה ננו-אנטנה אחד בדיוק. כדי לאסוף כמויות גדולות של נתונים ומתאם יעיל בין מיקרוסקופ כוח אטומי יש לבצע ספקטרוסקופיית ראמאן. ננו-אנטנות האוריגמי של הדנ"א הפלזמוני מאפשרות ייצור בר-שחזור של מספר רב של דימרים פלסמוניים שבהם מולקולת המטרה ממוקמת במדויק בין הננו-חלקיקים בנקודה החמה.
ובאמצעות קורלציה של נתוני AFM ורמאן, אנו יכולים כעת לוודא שיש רק מולקולה אחת שזוהתה. כעת אנו יכולים לעקוב בזמן אמת אחר מולקולות בודדות כמו מולקולות צבע או חלבונים, אחר התנהגותן בנקודות חמות ותגובותיהן לשינויים כימיים בסביבה. לדוגמה, שינוי מצב הספין של מולקולות אנושיות בודדות נוטר לאחרונה.
בעתיד, אנו שואפים לעקוב אחר תגובות כימיות ברמה המולקולרית היחידה ולחקור את מנגנוני התגובה שלהן. בנוסף, אנו יכולים להשתמש בטכנולוגיה זו כדי לזהות ביומולקולות רלוונטיות מבחינה רפואית עם רגישות גבוהה מאוד.
פרוטוקול זה מדגים מדידות של פיזור רמן משופר במשטח (SERS) של מולקולה יחידה באמצעות ננו-אנטנה של DNA origami (DONA) בשילוב עם מיקרוסקופיה של כוח אטומי (AFM) ומדידות רמן מקומי. המחקר נועד לפתח כלים לזיהוי מולקולות בודדות ולניטור התנהגותן בזמן אמת.
Single-molecule SERS enabled by plasmonic DNA origami nanoantennas provides unprecedented chemical specificity at the individual molecule level, addressing a critical gap in mechanistic de-risking and target validation for biopharma R&D. This capability allows for real-time tracking of molecular behavior and reactions, supporting predictive confidence in early discovery and translational research. The approach enhances portfolio decision-making by revealing molecular heterogeneity and reaction mechanisms that remain hidden in bulk analyses.
This method integrates into the discovery continuum from early mechanistic studies through lead identification and translational research, providing a reusable platform for single-molecule analytics.