Измерения комбинационного рассеяния света с поверхностным усилением одной молекулы с помощью плазмонных наноантенн оригами ДНК

Наше исследование направлено на разработку новых инструментов для обнаружения отдельных молекул с помощью поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния или источника. Это единственный метод, который обеспечивает химический отпечаток молекулы и достаточно чувствителен для обнаружения отдельных молекул. Таким образом, можно получить подробную механистическую информацию о химических реакциях.

Наноструктуры ДНК-оригами использовались для точного позиционирования как плазмонных наночастиц, так и молекул-мишеней. И это необходимо, потому что усиленное комбинационное рассеяние происходит из небольшого нанометрового объема между наночастицами, которые мы называем горячими точками. И сейчас мы создали новую плазмонную ДНК-наноантенну оригами именно для этой цели.

Основная задача состоит в том, чтобы поместить молекулы-мишени в такие горячие точки между двумя наночастицами и собрать рамановские данные ровно с одной наноантенной структуры. Для сбора больших объемов данных и эффективной корреляции между атомно-силовой микроскопией необходимо провести рамановскую спектроскопию. Плазмонные ДНК-оригами-наноантенны позволяют воспроизводить большое количество плазмонных димеров, в которых молекула-мишень точно расположена между наночастицами в горячей точке.

И благодаря корреляции данных АСМ и комбинационного рассеяния мы теперь можем убедиться, что обнаружена только одна молекула. Теперь мы можем отслеживать отдельные молекулы, такие как молекулы красителей или белки, в режиме реального времени, а также их поведение в горячих точках и их реакцию на химические изменения в окружающей среде. Например, недавно наблюдалось изменение спинового состояния отдельных молекул человека.

В будущем мы планируем отслеживать химические реакции на мономолекулярном уровне и изучать механизмы их реакции. Кроме того, мы можем использовать эту технологию для обнаружения биомолекул, имеющих отношение к медицине, с очень высокой чувствительностью.