В журнале "Laser Physics Letters" (импакт-фактор за 2011 год — 9,97) опубликована совместная работа сотрудников ЛНБИ и Лаборатории нанонаук Реймского университета по нано-биогибридным материалам с заданными параметрами резонансного переноса энергии

Статья "Нано-биогибридные материалы с заданными параметрами резонансного переноса энергии на основе квантовых точек и бактериородопсина: применение в биофотонике", написанная руководителем Группы наномедицины А.В. Сухановой, руководителем ЛНБИ проф. И.Р. Набиевым и их французскими коллегами (Nicolas Bouchonville, Anthony Le Cigne, Alyona Sukhanova, Michael Molinari and Igor Nabiev. Nano-biophotonic hybrid materials with controlled FRET efficiency engineered from quantum dots and bacteriorhodopsin. Laser Physics Letters, 2013, 10, 085901), посвящена одному из перспективных направлений нанобиотехнологии — использованию фоточувствительных биомолекул в качестве компонентов различных устройств: фотодетекторов, трансиверов, электронных переключателей и т.д.

Белок бактериородопсин (БР) относится к числу биомолекул, наиболее часто используемых при разработке подобных устройств, главным образом, благодаря его устойчивости к температуре, химическим воздействиям и свету. В природе он в большом количестве содержится в мембранах археи (микроорганизма, более примитивного, чем бактерии) Halobacterium salinarum, где он служит для генерации мембранного потенциала за счет энергии солнечного света. Эта его способность генерировать электрический потенциал и нашла применение в биотехнологических устройствах.

Однако в естественных условиях солнечная энергия используется не очень эффективно: вся ультрафиолетовая часть спектра "пропадает", поскольку УФ-фотоны, обладая очень высокой энергией, просто повредили бы белки и другие компоненты мембраны (в мембране есть специальные защитные механизмы, препятствующие поглощению ультрафиолета).

Чтобы повысить эффективность использования световой энергии, создали гибридный материал, содержащий мембраны H. salinarum вместе с БР и полупроводниковые нанокристаллы — так называемые квантовые точки. Эти нанокристаллы, во-первых, поглощают свет в широком диапазоне, а испускают его путем люминесценции в гораздо более узком (и более длинноволновом, как и положено при люминесценции), причем длина волны излучения определяется размером кристалла. Во-вторых, они могут передавать энергию на небольшие расстояния и без излучения (этот эффект называется ферстеровским резонансным переносом энергии — FRET). Эту энергию можно передать БР, тем самым увеличив эффективность использования световой энергии во много раз.

Авторы статьи научились точно "настраивать" интенсивность передачи энергии от нанокристаллов к БР, варьируя, во-первых, спектр испускания энергии кристаллами и, во-вторых, расстояние между донорами и акцепторами энергии (нанокристаллами и молекулами БР) в гибридном материале. Таков прикладной "выход" их работы.

Но есть и важный теоретический аспект. Дело в том, что эффективность передачи энергии оказалась гораздо выше, чем предсказывает существующая теория FRET. Чтобы выяснить, почему это так, нужны новые фундаментальные исследования — что, однако, не мешает уже сейчас использовать само явление в практической биофотонике.

 
 
 
© 2012 Laboratory of Nano-BioEngineering