پژوهشگرانی از دانشگاه‌های تگزاس و بوستون اولین کسانی هستند که در مشخصه‌یابی کامل تک‌لایه‌های پروتئینی با استفاده از نوع جدیدی از شبه مواد پلاسمونیکی به موفقیت رسیده‌اند. این ماده نوری، که شبه ماده نامتقارن تشدیدی فانو (FRAMM) نامیده شده است، می‌تواند برای کاربردهای زیست‌حسگری ایده‌آل باشد و حتی ممکن است جایگزین ماشین‌های عظیم – SPR – که امروزه در بسیاری از آزمایشگاه‌های زیست‌شیمی استفاده می‌شود، شود.
مشخصه‌یابی پروتئین‌ها با نانومواد پلاسمونیکی
پژوهشگرانی از دانشگاه‌های تگزاس و بوستون اولین کسانی هستند که در مشخصه‌یابی
کامل تک‌لایه‌های پروتئینی با استفاده از نوع جدیدی از شبه مواد پلاسمونیکی
به موفقیت رسیده‌اند. این ماده نوری، که شبه ماده نامتقارن تشدیدی فانو (“FRAMM”)
نامیده شده است، می‌تواند برای کاربردهای زیست‌حسگری ایده‌آل باشد و حتی
ممکن است جایگزین ماشین‌های عظیم “SPR” که امروزه در بسیاری از آزمایشگاه‌های
زیست‌شیمی استفاده می‌شود، شود.
نانوذرات فلزی به طور قوی با نور از طریق پلاسمون سطحی جایگزیده برهم‌کنش
می‌کنند و بهمین خاطر بعنوان نانوآنتن‌های کارآمد عمل می‌کنند. این
ساختارها می‌توانند نور را به طول‌موج‌هایی که بطور رویایی از حد پراش
پایین‌تر هستند، متمرکز کنند.
در این تکنیک جدید که توسط گروه جنادی شویت و هاتیس آلتوگ از بوستون و تگزاس ارائه
شده است، از چنین تشدیدهایی در FRAMMها استفاده می‌شود، که در فرکانس‌های فروسرخ
نور کار می‌کنند. طول موج فروسرخ در کاربردهای زیست‌حسگری مهم است، زیرا زیست‌مولکول‌ها
نیز در این قسمت از طیف فرکانسی ارتعاش می‌کنند.
FRAMMها دارای تشدیدهای پلاسمونیکی بسیار تندی در فروسرخ هستند و می‌تواند به
مدهای ارتعاشی متنوع مولکول‌ها (برای مثال مدهای آمید-I و آمید-II) کوک شوند. این
تشدید تند بخاطر تداخل بین تشدیدهای پلاسمونیکی به اصطلاح تاریک (زیر-تابشی) و روشن
(فوق-تابشی) این نانوآنتن‌ها ایجاد می‌شود.
شویت توضیح داد: “اثرانگشت یک زیست‌مولکول توسط فرکانس، قدرت و جهت‌گیری دوقطبی
مولکول مشخص می‌شود. بنابراین با تطبیق تشدید پلاسمونیکی با این اثرانگشت، ما قادر
به ارائه عبارات کمّی در مورد پروتئین پیوندخورده به شبه ماده‌ای که ساخته‌ایم، می‌شویم.”
شویت و همکارانش با استفاده از لیتوگرافی باریکه الکترونی این شبه ماده پلاسمونیکی
را ساختند. این پژوهشگران قبل از اینکه آنها را واقعا بسازند، ابتدا با استفاده از
یک برنامه رایانه‌ای تجاری با الگوریتم المان – محدود بنام COMSOL این ساختارها را
طراحی کرده بودند. تک لایه‌های پروتئینی در مرکز فوتونیک دانشگاه بوستون روی مواد
رسوب‌دهی شدند.
این سکوی زیست‌حسگری پلاسمونیکی جدید می‌تواند دو کار اساسی را که معمولا نیازمند
دو اندازه‌گیری مجزا هستند، انجام دهند: آشکارسازی ضخامت لایه مولکولی پروتئین (که
معمولا با استفاده از تشدید پلاسمون سطحی- SPR – یا اندازه‌گیری‌های بیضی‌سنجی
اندازه‌گیری می‌شود)؛ و طیف‌سنجی یا انگشت‌نگاری پروتئین‌ها، که با طیف‌سنجی فروسرخ
تبدیل فوریه انجام می‌شود.
این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Materials منتشر
کرده‌اند.
