Российские ученые создали многофункциональное наноустройство из диэлектрических наночастиц на металлической подложке. С его помощью можно определять температуру и состояние окружающих молекул. Кроме того, эксперименты показали, что термоустойчивость белков можно повысить, меняя химический состав наночастиц.
Василий Макаров
Наночастицы помогают разглядеть белки при экстремально высоких температурах

Исследование взаимодействия полупроводниковых наночастиц со светом — одно из перспективных направлений фотоники сегодня. Такие частицы обладают очень маленьким размером и интересными оптическими свойствами, поэтому сфера их применения интенсивно расширяется. Например, их можно использовать в качестве нанорезонатора, позволяющего сфокусировать световой пучок. Недавно ученые Университета ИТМО обнаружили, что такие частицы, расположенные на металлической поверхности, могут выполнять сразу несколько полезных функций. Результаты их исследования опубликованы в Journal of Biophotonics.

«Мы с коллегами решили найти потенциальные применения полупроводниковых наночастиц в биологии и медицине, — рассказывает научный сотрудник Университета ИТМО Валентин Миличко. — Такие наночастицы способны локализовать свет на наномасштабе, и одновременно измерять локальную температуру с точностью до десятых долей градуса в широком диапазоне до 1000 градусов по Цельсию. Эти два аспекта мы использовали в наших экспериментах с кремниевыми и германиевыми наночастицами размером 100−200 нанометров. Мы разместили наночастицы на золотой подложке и использовали данную наноструктуру, чтобы выяснить, как ведут себя белки в экстремальных условиях, а именно при нагреве интенсивным светом».

Чтобы получить информацию о температуре и состоянии белка или самой частицы, нужно воздействовать на эту структуру светом определенной длины волны и проанализировать спектр рассеянного света. «Спектры рассеяния несут информацию о количестве, характере и конформации химических связей молекулы. По спектральному сдвигу мы можем понять, сохранил ли белок рабочую конформацию при данной температуре," - добавляет Валентин.

В ходе экспериментов выяснилось, что полученное наноустройство может влиять на термоустойчивость белков. Ученые обнаружили, что наночастицы определенного химического состава могут повысить устойчивость белка к температуре до 350 градусов по Цельсию. Такой результат показали наночастицы германия. Стабилизирующее действие наночастиц, наряду с хорошей биосовместимостью, делает их перспективными для медицины. Например, германиевые наночастицы можно будет вводить в организм для локального воздействия на раковые клетки или визуализации взаимодействия молекул в клетке.

«Наше открытие подтверждает общий тренд в современной нанофотонике: в последние годы растет интерес к исследованию резонансных диэлектрических наноструктур. Помимо локализации света на наномасштабе они обладают богатым арсеналом функциональных свойств. Термочувствительный сигнал, который мы изучали — один из ярких примеров таких свойств. Он позволяет измерять локальную температуру любых нанообъектов, в том числе и биологических," - отмечает Сергей Макаров, руководитель Лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО.

Материал предоставлен пресс-службой Университета ИТМО

Понравилась статья?
Подпишись на новости и будь в курсе самых интересных и полезных новостей.