Ameerika Ühendriikide, Saksamaa ja Prantsusmaa teadlased esitasid hiljuti maailma esimest 3D “plasmon joonlauda”. Senini on sesugused nanoskaalas mõõteseadmed piiratud vaid ühes dimensioonis pikkuste mõõtmisega, mis tähendab seda, et nende abil ei saanud jälgida bioloogilistes ja pehmetes ainetes 3D protsesse. Uus sensor võib osutuda kasulikuks bioloogiliste näidiste struktuurimuutuste, näiteks proteiinide pakkimise ja DNA vastastikmõjude jälgimisel.
Kunstniku ettekujutus sellest, kuidas 3D plasmon joonlaud mõõdab DNA-d. Pilt: AAAS/Science
Metallid suudavad neelata valgust, tekitades nii plasmone, mis on osakestena käituvate juhtivuselektronide kollektiivsed ergastused metalli pinnal. 1D plasmon joonlaud kasutab ära fakti, et kahe lähestikku asuva metallist nanoosakese plasmonresonantsid paarduvad üksteisega. Plasmoniga seotud valgusspekter kallutub tugevasti sinise või punase poole, olenedes nanoosakeste vahekaugusest, kirjutab Pysicsworld.com.
Laura Na Niu Lawrence Berkeley Riiklikust Laboratooriumist koos kolleegidega Stuttgarti Ülikoolist ja Blaise Pascali Ülikoolist laiendasid seda ideed nii, et see töötaks ka 3D-s. Uue plasmon joonlaua valmistamiseks kasutasid teadlased H-kujuliselt asetatud viite kulla nanokepikeste kihti, milles keskmine kepike oli H horisontaalseks jooneks. Teised kaks kepikeste paari valiti nii, et need käituksid nähtava valguse lainepikkuste jaoks kui neli “antenni.” Kui struktuuri külge kinnitatakse bioloogilised mulekolud, siis liiguvad neli antenni või keskmine kepike üksteise suhtes, tekitades mõõdetava muutuse plasmoni resonantsis. Oma seadme valmistasid teadlased ülitäpse elektronkiir-litograafia ning kiht-kihi-haaval nanotehnika abil.
“Võrreldes 1D versiooniga annab meie joonlaud rohkem vabadusastmeid – näiteks on võimalikud pöörlemine, kallutamine ja väänamine – millede abil bioloogiliste molekulide dünaamilist käitumist uurida,” sõnas Liu.
Teadlaste sõnul saab seda ideed rakendada oligonukleotiidide või peptiididega ühendatud üksikute metallist nanokristallidele. Nii saaks valmistada plasmon joonlaudade uue generatsiooni, mis võimaldaks uurida erinevate makromolekulaarsete muundumiste käiku kolmes dimensioonis. Sinna kuuluvad näiteks DNA reaktsioonid ensüümide ja proteiinidega, proteiinide pakkumine ning peptiidide liikumise dünaamika, samuti rakumembraanide elastsed vibratsioonid in situ ja in vitro.
Teadusartikkel: “Three-Dimensional Plasmon Rulers“