Новые исследования позволяют значительно улучшить методику наблюдения за единичными молекулами
 Схема предложенной экспериментальной установки. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Высокие требования к быстрому и чувствительному анализу в биомедицинских исследованиях неизбежно подталкивают вперед развитие новых методик и технологий. Успехи ученых в области нанотехнологий, исследованиях поверхности и оптике открывают возможности по использованию для этих целей ближнее-польных взаимодействий, что позволяет значительно улучшить силу оптических сигналов, совершенствуя исследовательские инструменты.
Различные способы наблюдения за одной единственной молекулой применяются относительно давно. Для подобного рода исследований молекула (не любая, а склонная к флуоресценции) возбуждается при помощи излучения фемтосекундного лазера в инфракрасном диапазоне, и с течением времени наблюдается ее флуоресценция. При разрешении, достаточном для наблюдения единственной молекулы, такой тип исследований позволяет наблюдать процесс во времени. К примеру, он позволяет следить за процессом поверхностной диффузии в твердых телах или за вращениями молекул при перемещениях по поверхности. Использование инфракрасного диапазона возбуждающего лазера в данном случае позволяет снизить оптические шумы, т.е. повысить качество картинки.
Как оказалось, дальнейшие улучшения может обеспечить физика плазмонов и поляритонов. Поверхностный плазмон – это квазичастица, отвечающая за колебания свободного электронного газа на поверхности проводника. Она была введена для упрощения рассмотрений взаимодействия колебаний электронного газа с внешними воздействиями, в частности, фотонами, т.к. этими явлениями объясняется множество свойств металлов, например, аномальная диффузия и блеск поверхности (отражение света в видимом диапазоне). Поляритоны – квазичастицы, образующиеся в результате взаимодействия фотонов излучения с элементарными возбуждениями среды (в том числе и плазмонами).
Последние исследования показали, что в рамках методики наблюдения за одиночными молекулами взаимодействие между плазмонами и поляритонами может привести к значительному усилению флуоресцентного сигнала. При этом увеличение может достигать нескольких порядков. Данная идея и была заложена в основу нового исследовательского инструмента, предложенного группой ученых из США. В своих исследованиях они разместили на тонкой металлической поверхности саморганизованные серебряные наночастицы (наноструктуры, обеспечивающие возникновение поверхностных плазмонов) и заменили этой конструкцией типичную для данного инструмента подложку.
Главное достоинство предложенной ими схемы в том, что подобные плазмонные наноструктуры могут быть легко воспроизведены при помощи нанесения «жидкой» коллоидной смеси серебра на поверхность металла. Во время высыхания серебро самоорганизуется в нужные наноструктуры.
Благодаря предложенной методике ученым удалось добиться 1000 кратного усиления мощности детектируемого (флуоресцентного) сигнала. Столь большие успехи открывают огромные перспективы перед всем исследовательским направлением, т.к. позволит вести в том числе и иммунологические исследования с использованием маломощных лазеров.
Также по теме:
Источники: