Исследователи из Великобритании и Республики Чехия разработали новый, парадоксальный, но при этом чувствительный метод детектирования биомолекул с помощью плазмонных наночастиц, переносящих хиральность на ахиральный краситель [1].
Рисунок из Nature Chemistry
Хотя физические основы обнаруженного эффекта до настоящего времени остаются неясными, само явление может использоваться для решения многих практических задач – от медицинского анализа до обнаружения биотеррористической угрозы.
Хиральность имеет ключевое значение для биологии. Подавляющее большинство биологически активных молекул асимметричны, при этом участвовать в обменных процессах организма может только один (как минимум из двух) зеркальный изомер. Определение соотношения зеркальных изомеров помогает химикам-аналитикам определить, является ли изучаемый образец материалом биологического или какого-либо другого происхождения. Информация о хиральности также может удостовериться в том, что лекарственный препарат не загрязнен примесями его зеркальных изомеров, способных вызывать неприятные, а в ряде случаев – фатальные побочные эффекты.
Рамановская спектроскопия оптической активности [raman optical activity (ROA) spectroscopy] использует тот факт, что максимумы и минимумы поглощения циркулярно поляризованного света энантиомерами обращаются в зависимости от типа энантиомера или изменения поляризации света. Это обстоятельство означает, что образец, содержащий преимущественно один из энантиомеров, будет характеризоваться разными типами спектров для света, отличающегося направлением круговой поляризации. К сожалению, спектр ROA на несколько порядков менее интенсивен, чем спектр комбинационного рассеяния, поэтому его регистрация требует использования концентрированных образов и большего времени облучения излучением большей интенсивности, что может повредить изучаемые образцы.
Для увеличения интенсивности спектра комбинационного рассеяния биомолекулы она может быть мечена наночастицами металлов, которые, формируя состояния электронов и фотонов, известные как плазмоны, позволяют увеличить оптическое эффективное сечение биомолекулы. В 2010 году исследователи из Университета Глазго продемонстрировали, что даже несмотря на то, что плазмонные наночастицы не являются хиральными, они могут усилить хиральный сигнал биомолекулы – это наблюдение связывали с переносом хиральности по системе химических связей [2].
В новом исследовании спектроскопист Эван Бланч (Ewan Blanch) и его коллеги из Университета Манчестера провели поверхностно усиленную резонансную спектроскопию комбинационного рассеяния [surface enhanced resonant Raman spectroscopy (SERRS)] D- и L-изомеров и рибозы, и триптофана. При реализации методики SERRS плазмонные наночастицы модифицируют молекулами красителя, обеспечивающими удвоение интенсивности сигналов рамановского спектра. К удивлению для себя, исследователи наблюдали сильные полосы поглощения ROA от ахиральных молекул красителя.
Такая неожиданная спектральная картина позволила исследователям детектировать хиральность с беспрецедентной интенсивностью сигнала даже в том случае, если оптически активная молекула и молекула красителя были разделены полусотней химических связей. Исследователи из Манчестера совместно с теоретиками из Чехии рассчитали, что математически полученные результаты согласуются с переносом хиральности, однако необходимо еще выяснить, как этот перенос происходит.
По материалам: [1] Nature Chemistry; [2] Nature Nanotechnology
Источник: chemport.ru
