Теперь, команда ученых из Брукхевенской Национальной лаборатории американского Министерства энергетики и Университета Огайо развивала новый, более простой способ различить молекулярную рукость, известную как хиральность. Они использовали золото-и-серебро кубические наночастицы, чтобы усилить различие в ответе лево-и предназначенных для правой руки молекул на конкретный вид света. Исследование, описанное в журнале Nano Letters, обеспечивает основание для нового способа исследовать эффекты рукости в молекулярных взаимодействиях с беспрецедентной чувствительностью.«Наше открытие и методы на основе этого исследования могли быть чрезвычайно полезны для характеристики биомолекулярных взаимодействий с наркотиками, исследовав сворачивание белка, и в других заявлениях, где стереометрические свойства важны», сказал Олег Ганг, исследователь в Центре Брукхевена Функциональных Наноматериалов и ведущего автора на бумаге. «Мы могли использовать этот тот же самый подход, чтобы наблюдать конформационные изменения в биомолекулах при изменении условий окружающей среды, таких как температура – и также изготовить нанообъекты, которые показывают chiral реакцию на свет, которая могла тогда использоваться в качестве новых видов наноразмерных датчиков».
Ученые знали, что лево-и предназначенные для правой руки chiral молекулы будут взаимодействовать по-другому с «циркулярным поляризованным» светом – где направление электрической области вращается вокруг оси луча. Эта идея подобна поляризованным солнцезащитным очкам пути, отфильтровывают отраженный яркий свет в отличие от обычных линз.Другие ученые обнаружили это различие, названное «круглый дихроизм», в спектроскопических «отпечатках пальцев» органических молекул – подробные карты длин волны света, поглощенного или отраженного образцом.
Но для большинства chiral биомолекул и многих органических молекул, этот сигнал «CD» находится в ультрафиолетовом диапазоне электромагнитного спектра, и сигнал часто слаб. Тесты таким образом требуют существенного количества материала при непрактично высоких концентрациях.Команда была поощрена, они могли бы найти способ увеличить сигнал недавними экспериментами, показывающими, что сцепление, определенные молекулы с металлическими наночастицами могли значительно увеличить свою реакцию на свет (см.: http://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=11157). Теоретическая работа даже предположила, что эти так называемые плазмонные частицы – которые вызывают коллективное колебание проводящих электронов материала, приводя к более сильному поглощению конкретной длины волны – могли ударить сигнал в видимую легкую часть спектроскопического отпечатка пальца, где будет легче иметь размеры.
Группа экспериментировала с различными формами и составами наночастиц, и нашла, что кубы с золотым центром, окруженным серебряной раковиной, не только в состоянии показать, что chiral оптический сигнал в почти видимом диапазоне, но еще более поразительный, был эффективными усилителями сигнала. Для их испытательной биомолекулы они использовали синтетические берега молекулы ДНК-a, они были знакомы с использованием в качестве «клея» для того, чтобы засовывать наночастицы вместе.Когда ДНК была присоединена к покрытым серебром нанокубам, сигнал был приблизительно в 100 раз более сильным, чем это было для бесплатной ДНК в решении. Таким образом, кубические наночастицы позволили ученым обнаруживать оптический сигнал от chiral молекул (делающий их «видимый») при в 100 раз более низких концентрациях.
«Это – очень большое оптическое увеличение относительно того, что ранее наблюдалось», сказал Фан Лу, первый автор на бумаге.Наблюдаемое увеличение круглого сигнала дихроизма – последствие взаимодействия между плазмонными частицами и «экситоном», или энергетическим поглощением, электронами в комплексе нанокуба ДНК, объяснили ученые.
«Это исследование могло служить многообещающей платформой для ультрачувствительного ощущения chiral молекул и их преобразований в синтетическом продукте, биомедицинского, и фармацевтического применения», сказал Лу.«Кроме того», заявила Банда, «наш подход предлагает способ изготовить, через самосборку, дискретные плазмонные нанообъекты с chiral оптическим ответом от структурно non-chiral нанокомпоненты. Эти chiral плазмонные объекты могли значительно увеличить дизайн метаматериалов и нанооптики для применений в сборе и преобразовании побочной энергии и оптических телекоммуникациях».
Это исследование было проведено в Центре Функциональных Наноматериалов и финансировано Офисом САМКИ Науки и Национальным научным фондом.