De nanowereld visualiseren
Eiwitten in cellen visualiseren zonder invasieve technieken? Dat kan met behulp van fluorescentie. Michel Orrit, winnaar van de Spinozapremie 2017 én grondlegger van het vakgebied single molecule optics, legde op 18 januari aan de leden van het Natuurwetenschappelijk Gezelschap Leiden en andere geïnteresseerden uit hoe dit werkt.
Moleculen licht laten geven
Michel Orrit, hoogleraar Spectroscopie van moleculen in gecondenseerde materie, begint zijn lezing voor het Natuurwetenschappelijk Gezelschap Leiden met een simpel proefje. Hij schijnt met zijn laserpointer door een roze demonstratievloeistof. Naast de verstrooiing van het groene laserlicht, is ook een oranje straal te zien: fluorescentie. Door het hoog energetische laserlicht raken de roze moleculen in de vloeistof aangeslagen en zenden dan fluorescerend licht uit. Bij een lichtroze verdunning van de vloeistof gebeurt hetzelfde, laat hij zien. Zou het nog steeds werken als de roze moleculen niet waarneembaar zijn met het blote oog? Hij schijnt zijn laser op een kleurloze verdunning. Ook hier verschijnt de oranje gloed. Hiermee laat hij zien dat met fluorescentie moleculen zichtbaar gemaakt kunnen worden, die met het blote oog niet waarneembaar zijn.
Knipperlicht
Orrit was in 1990 de eerste persoon die met fluorescentie losse moleculen kon detecteren en werd daarmee grondlegger van de single molecule optica. Voor deze ontdekking maakte hij gebruik van het knippergedrag van fluorescente moleculen. Orrit legt uit hoe dit werkt: een molecuul in aangeslagen toestand heeft als het ware een aan- en uitstand, die op toeval berust. Deze eigenschap maakt het mogelijk om een enkel molecuul goed te zien. Voor meerdere moleculen bij elkaar werkt dit echter niet, omdat de moleculen nooit allemaal tegelijk aan of uit staan.
Hulp van gouden nanodeeltjes
Sommige moleculen geven individueel te weinig of geen fluorescerend licht af. Om zo’n molecuul toch te kunnen waarneembaar bedacht Orrit een manier om ze detecteerbaar te maken: via gouden nanodeeltjes. Deze deeltjes heeft hij een bepaalde vorm en ladingverdeling gegeven waardoor er bij een specifieke lichtfrequentie resonantie optreedt. Hierdoor ontstaat er een waarneembaar signaal. Het signaal van deze gouddeeltjes hangt af van hun vorm, waardoor ze gebruikt kunnen worden om hun omgeving die de vorm beïnvloedt, zichtbaar te maken. Een eiwit bijvoorbeeld beïnvloedt de lading van het deeltje en verandert de frequentie lichtelijk, wat vervolgens gemeten wordt. Op deze manier kunnen deze gouddeeltjes onzichtbare losse moleculen zichtbaar maken en hun signaal versterken.
Nanowereld verkennen
Het kunnen waarnemen van losse moleculen maakt veel mogelijk in de wereld van de nanowetenschappen. Life science onderzoekers kunnen bijvoorbeeld nu individuele eiwit bestuderen en nauwkeuriger DNA sequenties bepalen. Dit vergroot het begrip van ziektes en gezondheid, wat de weg vrijmaakt om nieuwe, efficiëntere medicijnen te ontwikkelen.
Het Natuurwetenschappelijk Gezelschap Leiden (NGL) is een vereniging voor geïnteresseerden in natuurwetenschappelijke en medische onderwerpen die in een gemoedelijke sfeer kennis met elkaar willen opdoen, gepaard met levendige discussies. De vereniging staat open voor alumni, (oud-)medewerkers en geinteresseerden uit de regio Leiden. Meer informatie