Un grupo de investigación compuesto por el profesor Takayuki Shibata y sus colegas del Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad Tecnológica de Toyohashi, ha dado mayores funcionalidades a la microscopía de fuerza atómica (AFM). Nuestro equipo de investigación ha tenido éxito en la cirugía mínimamente invasiva de células vivas utilizando oxidación fotocatalítica controlada en un espacio a nanoescala y visualizando información dinámica sobre biomoléculas intracelulares. Esta técnica propuesta para controlar y visualizar el proceso de expresión de la función celular en un alto nivel tiene un potencial significativo como un sólido sistema de nanofabricación y nanomedición para resolver el misterio de la vida.

Una comprensión integrada de los fenómenos de la vida y su control son absolutamente esenciales para un mayor desarrollo de los campos médico y farmacéutico. La tesis para crear innovación en la vida es resolver la estructura y función de biomoléculas como los genomas, proteínas, y cadenas de azúcar y también resuelven la función de las células, que son la unidad básica para la actividad vital. Por lo tanto, Nuestro objetivo es establecer una tecnología para la cirugía mínimamente invasiva para apuntar a las células vivas a nivel molecular (la mano de Dios para manipular la función de las células) y visualizar cambios en el comportamiento dinámico de las biomoléculas intracelulares y el estado de la proteína de la membrana celular a un solo nivel molecular. (El ojo de Dios para ver la función de las células), y así proporcionar una innovadora plataforma de nanofabricación y nanomedición para resolver el misterio de la vida.

Aquí, nuestro equipo de investigación ha logrado dar dos nuevas funciones a la microscopía de fuerza atómica (AFM). El primer avance consiste en recubrir el vértice de la punta de una sonda AFM con una fina película de óxido de titanio (TiO ₂ ) conocido como fotocatalizador. Por este método, la reacción fotocatalítica se localiza en un espacio a nanoescala (región de 100 nm) en la vecindad del ápice de la punta para lograr una perforación mínimamente invasiva de la membrana celular. Como resultado, la probabilidad de perforación de la membrana celular alcanza el 100%, y también se logra con éxito una viabilidad celular del 100%, permitiéndonos comprobar que se puede realizar una cirugía mínimamente invasiva. El segundo avance consiste en insertar el ápice de la punta de una sonda AFM recubierta con nanopartículas de plata (Ag) en una célula viva. De este modo, hemos logrado adquirir un espectro Raman sensible que se origina en la proteína, ADN lípidos etc. (Espectroscopía Raman mejorada con punta, TERS). Por este método, una diferencia en la proporción de biomoléculas entre el núcleo de una célula y el citoplasma se visualizó como información dentro de una célula, y se encontró que existe una correlación inversa (un fenómeno que a medida que se incrementa, el otro disminuye) entre las proteínas y el glucógeno (también llamado almidón animal) como cambios temporales en las biomoléculas dentro de las células.

Para lograr simultáneamente funciones de nanofabricación y nanomedición, Estableceremos una función espectroscópica Raman mejorada con punta (TERS) recubriendo la superficie de un TiO ² -sonda AFM funcionalizada con nanopartículas de Ag en el futuro. Esta función permitirá visualizar el proceso de reacciones de degradación de sustancias orgánicas basadas en la oxidación fotocatalítica (cambios en las estructuras moleculares) durante el proceso de cirugía celular. También intentaremos lograr un medio para medir una sola molécula en una proteína de la membrana de la célula diana utilizando la capacidad de reconocimiento de alto peso molecular de una reacción antígeno-anticuerpo. y nuestro objetivo es establecer una técnica de nanofabricación selectiva para una sola molécula en la proteína de la membrana diana identificada por los medios anteriores. Se espera que esta técnica propuesta pueda resolver los mecanismos de las funciones vitales y ser aplicada a trabajos como el desarrollo de nuevos medicamentos.