غشاهای فوق نازک نماهای نانو مادون قرمز مولکول های زیستی در آب را باز می کنند

توسط انجمن هلمهولتز از مراکز تحقیقاتی آلمان

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

نمونه‌های بیولوژیکی بسیار کوچک و حتی مولکول‌های زیستی منفرد را می‌توان در شرایط نزدیک به فیزیولوژیکی با اطمینان بالا در خط پرتو فروسرخ BESSY II با استفاده از یک تکنیک جدید تأیید شده و بهبودیافته بررسی کرد: طیف‌سنجی مادون قرمز (IR) در مقیاس نانو (s-SNOM) با غشاهای بسیار نازک مبتنی بر سیلیکون.

یک تیم بین المللی، به دنبال اثبات اولیه مفهوم، نشان داد که اندازه گیری های نانو-IR با وضوح بالا به طور قابل اعتمادی با طیف های IR میدان دور مورد انتظار در یک محیط آبی با وضوح چند ده نانومتر مطابقت دارند. این پیشرفت روش شناختی یک پایه محکم برای مطالعه بیومواد یا مشاهده فرآیندهای کاتالیزوری در یک محیط مایع فراهم می کند.

این کار در مجله Analytical Chemistry منتشر شده است.

طیف‌سنجی فروسرخ می‌تواند بینش‌هایی در مورد خواص نمونه‌های بیولوژیکی، مولکول‌ها و ماده نرم ارائه دهد. با این حال، آنالیز به حجم نمونه معینی نیاز دارد، به این معنی که تنها نتایج آماری را می توان در مورد مولکول های منفرد گرفت.

برای بررسی مولکول‌های زیستی، طیف‌سنجی در مقیاس نانو (s-SNOM) با استفاده از نور مادون قرمز ایده‌آل است. در این روش، یک پرتو مادون قرمز نوک یک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) را هنگام اسکن نمونه، روشن می کند. نور پس پراکنده اطلاعات نوری محلی در مورد تعامل میدان نزدیک بین نوک و نمونه را با وضوح حداکثر 10 نانومتر ارائه می دهد.

مولکول های زیستی به طور طبیعی در محیط های آبی وجود دارند و تجزیه و تحلیل s-SNOM را به دلیل جذب قوی مادون قرمز آب چالش برانگیز می کند. مطالعات اثبات مفهوم اولیه نشان داد که s-SNOM درون مایع با استفاده از غشاهای بسیار نازک نیترید سیلیکون یا کاربید سیلیکون بین نوک AFM و نمونه قابل دستیابی است.

این غشاها به عنوان یک فیلم محافظ عمل می کنند و تا محدوده مادون قرمز متوسط ​​شفاف هستند. با این حال، یک معیار جامع که این اندازه‌گیری‌های میدان نزدیک محلی را به طیف‌های مرجع IR میدان دور ایجاد شده مرتبط کند، وجود نداشت.

برای رفع این شکاف، یک تیم بین المللی به رهبری دکتر الکساندر وبر یک مطالعه سیستماتیک با استفاده از غشاهای بسیار نازک مبتنی بر سیلیکون انجام داد. با تجزیه و تحلیل کامل تأثیر مواد غشایی مختلف و محیط مایع، محققان نشان دادند که طیف‌های نانو-IR با وضوح بالا که در محیط‌های آبی به دست می‌آیند مستقیما با امضاهای مادون قرمز میدان دور استاندارد همبستگی دارند.

دکتر ماریا الئونورا تمپرینی، نویسنده اول این مطالعه می گوید: ما به طور سیستماتیک غشاهای سیلیکونی مختلف را آزمایش کردیم و نمونه ها را هم در حالت خشک و هم در محیط آبی بررسی کردیم. نمونه‌ها شامل آلبومین سرم گاوی و مولکول‌های DNA و همچنین فیبریل‌های پروتئین α-سینوکلئین بودند که در بیماری پارکینسون نقش دارند.

برای پر کردن شکاف بین طیف‌سنجی مادون قرمز میدان دور معمولی و میدان نزدیک در مقیاس نانو، محققان داده‌های تجربی جامع را با یک مدل نظری ترکیب کردند.

تمپرینی می گوید: «مدل دوقطبی محدود کلیدی برای توصیف آنچه در مقیاس نانو در حضور غشاء و مایع اتفاق می افتد، ثابت شد. این رویکرد ثابت می‌کند که سیگنال‌های تک‌مولکول‌های زیستی به‌طور دقیق طیف‌های مادون قرمز مرجع (میدان دور) را منعکس می‌کنند و محققان را قادر می‌سازد تا ساختارهای بیولوژیکی را با وضوح بالا تا چند ده نانومتر نقشه‌برداری شیمیایی کنند.

وبر می‌گوید: «اکنون می‌توانیم با اطمینان از s-SNOM برای بررسی نمونه‌های بیولوژیکی دقیقا همانطور که در طبیعت و در محیط‌های آبی رخ می‌دهند، استفاده کنیم. این روش به ویژه برای مشاهده فرآیندهای بیولوژیکی یا شیمیایی با وضوح فضایی بالا، به عنوان مثال دینامیک پروتئین یا برهمکنش‌های مولکولی در مواد فعال کاتالیزوری، جالب است.

ماریا الئونورا تمپرینی و همکاران، درک محیط‌های نمونه درون مایع برای نانوطیف‌سنجی مادون قرمز مواد نرم، شیمی تحلیلی (2026). DOI: 10.1021/acs.analchem.6c03284

ارائه شده توسط انجمن هلمهولتز از مراکز تحقیقاتی آلمان

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →