Резонанс Фано поможет дать характеристику белкам
 Схематическое изображение молекул белка, размещенных на поверхности метаматериала (масштаб схемы не соблюден). (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Наноплазмоника – это новое и весьма перспективное направление исследований, фокусирующееся на изучении металлических наноструктур, которые могут использоваться для изготовления крошечных оптоэлектронных устройств. Металлические наночастицы сильно взаимодействуют со светом за счет сосредоточенных у их поверхности плазмонов (квазичастиц, описывающих коллективные колебания электронов в металле), выступая в роли достаточно эффективных оптических наноантенн. Эти «антенны» могут фокусировать свет, длина волны которого много меньше дифракционного предела.
Новая методика биологических исследований, предложенная совместной группой ученых из University of Texas и Boston University (США), предполагает использование этой возможности в ИК-диапазоне с помощью метаматериалов, получивших название FRAMM. Стоит отметить, что инфракрасный диапазон имеет большое значение для практического использования, особенно в биологии, поскольку колебания биомолекул относятся именно к этой части спектра.
Метаматериалы FRAMM имеют ярко выраженный плазмонный резонанс в ИК-диапазоне, который может быть «настроен» на различные колебательные моды молекул белков (например, таких как Амид-I или Амид-II). За счет возникновения в метаматериале интерференции двух волновых процессов, т.е. так называемого резонанса Фано, резонансный пик получается настолько узким, что может быть точно определен с помощью спектроскопии отражений. Этот резонанс – своего рода «отпечаток пальца» для биологической молекулы, связанной с фрагментом метаматериала, поскольку по измеренной частоте резонанса можно точно определить частоту колебаний, дипольные силы и ориентацию молекулы.
Ученые создали метаматериал на практике, благодаря использованию электронно-лучевой литографии. Перед тем, как метаматериалы были сформированы в лаборатории, их структура моделировалась при помощи специализированного программного обеспечения. Для проведения измерений белки наносились на поверхность метаматериала в University Photonics Center Бостонского Университета. Детали работы опубликованы в журнале Nature Materials.
Большое преимущество открытия заключается в том, что созданный метаматериал (фактически, платформа для производства биодатчиков) позволяет проводить сразу два типа измерений, которые раньше требовали двух различных приборов: определение толщины молекулярного слоя белка (обычно эта задача выполняется с помощью поверхностного плазмонного резонанса или эллипсометрических измерений), а также детектирование самого белка (ранее эта задача решалась при помощи Фурье спектроскопии в инфракрасном диапазоне). Возможность совместить два исследовательских прибора в одном открывает ученым путь для изучения сложной динамики белка в режиме реального времени.
Во время экспериментов ученые выполняли свои измерения в воздухе. Теперь они планируют повторить исследования в растворе. Ожидается, что результат потребует немного изменить настройки прибора, но потенциальный выигрыш может быть огромен. Измерения в жидкой среде позволили бы контролировать процессы жизнедеятельности биомолекулярных систем в режиме реального времени.
Также по теме:
Источники: