Tek moleküllerden geliştirilen optik anahtar

Nanoelektronik için yeşil ışık

Tek tek boya moleküllerini nanometrelere doğru konumlandırmak için bir DNA breadboard kullanılır. Yeşil bir "Springer" boyası kullanılarak, ışık dört renkli tek moleküllü spektroskopi ile gösterildiği gibi kırmızı veya kızılötesi başlangıç ​​boyasına yönlendirilir. © JACS / LMU / NIM
Yüksek sesle okuma

Nanophotonics'te ışığın nanometre aralığında davranışı araştırılır ve manipüle edilir. Gelecekte, örneğin ışık, optik akımlarda elektrik akımlarının rolünü üstlenebilir. Küçük bir alanda, bu optik devrelerin elektronik devrelerin performansını ve çalışma hızını çok fazla aşma potansiyeli vardır. Fizikçiler şimdi yeni bir yaklaşımla ışık ya da ışık enerjisinin yayılma yönünün tek tek moleküller düzeyinde nasıl manipüle edilebileceğini göstermiştir.

Biyofizikçiler, bir nano ölçekli DNA platformuna dört farklı flüoresan boya molekülü çağlayan yerleştirdiler. "Springer" denilen bir boya kullanarak, ışık yolunun veya enerji transferinin yönünü kontrol etmeyi başardılar. Araştırmacılar "Amerikan Kimya Derneği Dergisi" (JACS) dergisinde, bu stratejinin başarısını yeni bir dört renkli tek molekül tekniği ile görselleştirebildiğini belirtti.

Nano ölçekte kontrol lambası

Nano ölçekte ışığı kontrol etmek için teller ve anahtarlar görevi gören yeni optik bileşenler gerekir. Bir tür tel olarak, tek tek boyalar arasındaki enerji aktarımı etkili olabilir. Doğada, zaten bu transferin belirgin bir örneği var: Fotosentezde, ışık enerjisi moleküller arasındaki ışık toplama komplekslerinde taşınır.

Bu sözde floresans rezonans enerji transferi (FRET) prensibi, o zamandan beri floresan bir boya molekülünden bir floresan boya molekülüne ışık aktarmak için Technische Universität Braunschweig'in başkanlığındaki Profesör Philip Tinnefeld başkanlığındaki Münih Ludwig Maximilian Üniversitesi (LMU) ekibi tarafından kullanıldı. yönlendirir. Bu amaç için, bilim adamları mavi, yeşil, kırmızı ve kızılötesi dalga boylarında maksimum absorpsiyonlu boyalar kullanırlar.

Kullanılan minik breadboard

Moleküllerin birbirleriyle etkileşime girebilmesi için, örneğin yapay ışık devrelerinde, aralarında sadece beş nanometre olması gerekir. Bilim adamları, biyomolekül DNA'yı yapı malzemesi olarak kullandıkları küçük bir eklenti kartı yardımıyla bunu başarmayı başardılar. İlk önce, her bir boya molekülünü kısa bir yapay DNA zincirine bağlarlar. Yüklenen bu bölümler ve yaklaşık 200 ek kısa DNA şeridi daha sonra bir çeşit zımba görevi görür: Tek, çok uzun bir DNA ipliğinin kendisini iki hatta üç boyutlu bir yapıya katlamasına yardımcı olur. ekran

Bu, boya moleküllerinin optimal olarak, tipik olarak 100 nanometreyle 100 nanometreden 100 nanometreden az olan "DNA halısı" ndan en iyi şekilde bakacağı şekilde tanımlanmıştır. Bu moleküler kendi kendine montaj ve katlamanın hedeflenen kullanımı, Japon Papierfalt tekniğine dayanan "DNA Origami" olarak adlandırılır.

Dört renkli tek moleküllü spektroskopi ile birleştirilmiş bir taşıyıcı madde olarak DNA

Deneyde, biyofizikçiler şimdi ilk önce mavi girdi boyasını uygun ışık dalga boyuyla uyarıyorlar. Bu daha sonra, yakma başka bir boyaya ET flüoresans radyasyonu olarak FRET vasıtasıyla uyarma enerjisinin bir kısmını aktarılır. Ve burada, önerilen breadboard tasarımının özü olan yeşil "Springer" boyasının kelimenin tam anlamıyla oturuyor. Nerede durduğuna bağlı olarak, ışık enerjisini kırmızı ya da kızılötesi "çıkış" boya yönünde yönlendirir. Hangi yolla alındığı, çıkış sinyalinin rengini gösterir.

Bu yeni yaklaşımda, ilk kez Tinnefeld çevresindeki bilim adamları, enerji aktarım yollarının değişimini görselleştirmek için DNA'yı taşıyıcı madde olarak dört renkli tek moleküllü spektroskopi ile birleştirdiler. DNA origami nesneleri genel olarak diğer molekülleri bağlamak için sayısız bağlanma yerine sahiptir ve bu nedenle moleküler bir breadboard veya "nanoplate" olarak kabul edilebilir. Bilim insanlarına göre, alternatif lazer uyarma ile sunulan dört renkli spektroskopi, nano ölçekte nesneler hakkında, hem yapıları hem de etkileşimleri hakkında kapsamlı bilgi sağlayabilir.

Son derece hassas analitik

Bilim adamlarına göre, yeni yöntem aynı zamanda son derece hassas analizler için de uygundur. Bunun için sistemi, aranan bir maddenin moleküllerinin ayrı ayrı ışık sinyalleriyle bağlandığını tespit edebilecekleri şekilde yapılandırabilirler. (Amerikan Kimya Derneği Dergisi, 2011; http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja1105464

(Münih Üniversitesi, 01.04.2011 - DLO)