Figur 1. Efter uppvärmning av de rörformiga mikrostrukturerna (a och c) med en laser vid platsen för den röda cirkeln, energi fortplantar sig i pilens riktning. Eftervärmningsluminescens inträffar (b och d) i båda ändarna av mikrostrukturen (inringad röd och blå). På bild b, den blå rektangeln zoomar in på den högra änden av mikrostrukturen. Kredit:Sergey Semin
Fysiker från Radboud University undersökte tubulära biologiska mikrostrukturer som visade oväntad luminescens efter uppvärmning. Deras resultat publicerades i Små den 29 juli. Optiska egenskaper hos bioinspirerade peptider, som de undersökta, kan vara användbart för applikationer i optiska fibrer, biolasrar och framtida kvantdatorer.
De lysande peptidmikrostrukturerna monteras själv i en vattenmiljö. Efter att ha värmt upp dem med en laser, de visade luminescens i det gröna området för det optiska spektrumet (Figur 1).
Överraskande luminescens
Fysikern Sergey Semin från Radboud University förklarar:"Den optiska aktiviteten i det gröna området var en överraskning för oss. Enligt våra teorier, den molekylära strukturen hos våra molekyler förbjuder dem att vara självlysande i det spektralområdet. Vi förväntar oss att interaktioner mellan peptiden och vattenmolekylerna kan vara orsaken till vårt oväntade fynd. De bildar en sorts "supercell" tillsammans, som vi antar att avger ljus efter uppvärmning.'
Biologiska strukturer med fysikaliska egenskaper
'I allmänhet, det är väldigt intressant att biologiska strukturer som de vi studerade visar fysiska egenskaper som luminescens', säger Semin. Att förstå de bakomliggande mekanismerna kan ge ny insikt i de optiska egenskaperna hos peptider och korta organiska molekyler. Det kan leda till applikationer som optiska fibrer för dataöverföring, biolasrar eller applikationer i framtida kvantdatorer.
Att känna igen plack i hjärnan
En annan intressant tillämpning kan vara inom det biomedicinska området, eftersom mikrostrukturerna är kärnigenkänningsmotivet för β-amyloidfibriller som bildar plack i den mänskliga hjärnan och leder till Alzheimers och vissa andra hjärnsjukdomar. Igenkänningsstrukturerna kan exciteras och göras synliga genom att värma dem, men kliniska tillämpningar är fortfarande långt borta. Semin:"Ju mer vi vet om sådana strukturer, desto mer kan vi göra för diagnos och behandling.'
Semin arbetar på avdelningen Spectroscopy of solids and interfaces, i forskargruppen av prof. Theo Rasing.
