菲諾共振有助於蛋白質特徵辨識
- 上線日期：2012/1/2 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家首度利用新型電漿子超穎材料(plasmonic metamaterial)完整辨識單層蛋白質分子。這種名為菲諾共振非對稱超穎材料 (fano resonant asymmetric metamaterial, FRAMM)的光學材料，非常適合應用在這類生物感測上，甚至可能取代目前生化實驗室常使用的表面電漿子共振(SPR)儀器。
奈米電漿子學(nanoplasmonics)為一蓄勢待發的嶄新研究領域，主要研究金屬奈米結構的裁製，以用來製作極小的光電元件。金屬奈米微粒藉由侷域性表面電漿(金屬表面電子所產生的同調性共振)與光產生強烈的交互作用，因此扮演高效率的光學奈米天線，能將光聚焦在遠小於繞射極限的範圍內。
這項由德州大學奧斯丁分校的Gennady Shvet及波士頓大學Hatice Altug的研究團隊所發展的新技術，利用的是FRAMM內的共振現象。FRAMM在紅外波段具有非常明顯的電漿子共振，此明顯共振是由於奈米天線中所謂的暗(次輻射)與亮(超輻射)電漿子共振互相干涉所致。
紅外波段由於對應到生物分子的振盪頻率，對生物感測應用相當重要。分子的振動由於具有特定的共振頻率、電偶極強度及方向，可以做為辨識分子的特徵，因此又稱為分子指紋。電漿子共振可被調整至等於或偏離離蛋白質分子的各種振動模態，上述團隊藉此對吸附在超穎材料上的蛋白質做定量描述。由於這些超穎材料的形狀並不對稱，暗共振頻率可利用極化反射光譜術來精準確定，並且完全吻合生物分子的振動頻譜。
該團隊先以軟體設計模擬電漿子超穎材料的結構，然後才利用電子束微影術製作樣本，最後再沉積上蛋白質。此新型電漿子生物感測平台可以執行兩種基本功能：測量蛋白質分子層的厚度以及取得蛋白質的光譜/指紋。前者一般藉由SPR或橢圓儀測量，後者則利用傅立葉轉換紅外光譜儀，這兩種功能通常需要兩道分立量測步驟方能完成。Shvets指出，此平台結合這兩種量測技術，將能進行複雜的蛋白質動態(protein dynamics)即時研究，因此有潛力取代目前廣為使用但體積龐大的SPR儀器。
由於此研究是在空氣環境中進行，該團隊正計畫在溶液中重複此蛋白質實驗，因此必須修改目前的設備架構，但如此一來將可對維持生命的不同生物分子結合過程進行即時性的觀測。詳見Nature Materials｜doi:10.1038/nmat3161。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/47970
譯者:李光立(中央研究院應用科學研究中心)
責任編輯:蔡雅芝
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