Международная группа учёных изучила распределение электромагнитного поля вовне и внутри атомарно малых наночастиц со сложной геометрией поверхности, а также выделила «горячие» области частиц, где возникают чрезвычайно высокие концентрации плазмонных полей. 

Специалисты полагают, что данное исследование поможет изучить поведение электромагнитных полей внутри небольших наночастиц сферической, цилиндрической, крестообразной, конусообразной и трубчатой форм. Кроме того, «горячие точки», позволяют использовать наночастицы как своеобразные «биологические сканеры» в лабораторных условиях. Стоит прикрепить к такой наночастице биологическую молекулу (например, белок) — и вот уже молекулу и её фрагменты можно детально изучить благодаря «подсветке», возникающей из–за высокой концентрации электромагнитной энергии в «горячих» областях наночастиц.

Плазмонные наночастицы часто используются в качестве модификаторов оптических свойств различных чувствительных материалов — например, молекул. Особенность таких наночастиц состоит в сочетании гигантского усиления электромагнитных полей в широком спектральном диапазоне и их сильной локализации вокруг наночастиц. Давно известно, что резонансные свойства наночастиц в значительной степени зависят от их размера и геометрической формы, и это позволяет эффективно управлять их оптическим откликом. Есть масса исследований о крупных наночастицах, однако всё ещё сложно точно смоделировать и предсказать оптическое поведение миниатюрных наночастиц размером в несколько нанометров, состоящих из считанного количества атомов.
У сферических наночастиц „горячие точки“ располагаются на полюсах, у частиц кубической формы — на вершинах куба. Если биомолекулу соединить особым образом с такими частицами, они будут как бы „подсвечивать“ её за счёт огромного скопления энергии в „горячих“ областях. Если вы хотите создать, например, медицинский сенсор на основе белковых молекул, и вам нужно как следует «просветить» белковую молекулу неким „фонариком“, чтобы понять, как в точности она устроена и функционирует, мы сконструируем такой „фонарик“ из наночастиц. Важно взять именно миниатюрные частицы — их „горячие точки“ максимально концентрируют энергию, а размеры опционально соответствуют размерам большинства биологических объектов — сообщил об актуальности проведённого исследования сотрудник Международного научно–исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии СФУ Вадим Закомирный.
Учёный уточнил, что речь идёт об изучении ультратонких металлических наночастиц (1–15 нм) в отношении генерации электромагнитного поля плазмонными возбуждениями. Различные структуры с разнообразными видами симметрии и геометрии исследовались, чтобы понять, как распределяются генерируемые поля и концентрируются горячие и холодные пятна вокруг частиц.
Мы изучали и уже существующие, синтезированные ранее наночастицы, и предложили геометрические параметры тех частиц, которые, на наш взгляд, будут превосходить все ожидания и могут быть созданы в ближайшее время. Особенно нас заинтересовала форма тетраподов (от лат. Tetrapoda — четвероногий). Так называют, в том числе, инженерные сооружения, призванные укреплять береговую линию. Также определённые перспективы мы связываем с наночастицами цилиндрической формы, имеющими отверстие внутри. Оказалось, что электромагнитные поля весьма небанально располагаются внутри и вовне таких цилиндрических нанотрубок. На определённой длине волны мы можем создавать так называемую зону высокого нагрева, помещать на внутреннюю или внешнюю поверхность наноцилиндра интересующую нас биомолекулу и контролируемо „подсвечивать“ её фрагменты — продолжил Вадим Закомирный.
Исследователи первыми показали, как распределяется электромагнитное поле внутри атомной структуры настолько миниатюрных наночастиц, и это открытие имеет высокую фундаментальную ценность. Оказалось, например, что поля внутри конусообразной частицы ведут себя вовсе не так, как можно было спрогнозировать, наблюдая за их поведением на наружной поверхности. Наибольшая концентрация «горячих точек» внутри частицы наблюдается вдоль оси и по краям конуса, а вовсе не в его вершине, как было бы логично предсказать.

Пресс-служба СФУ

Фото: сайт СФУ

Похожие новости

  • 21/09/2021

    Альтернативные виды целлюлозы объединяют молодых ученых

    ​Состоялась встреча сотрудников кафедры химической технологии твердых ракетных топлив, нефтепродуктов и полимерных композиций (ХТПК) института химических технологий Университета Решетнёва и лаборатории биоконверсии ИПХЭТ СО РАН (г.
    37
  • 06/08/2020

    Из самой маленькой в мире светящейся молекулы сделали тест на клещевой энцефалит

    ​​Светящийся белок, выделенный из морского рачка Metridia longa, самый маленький из открытых биолюминесцентных ферментов, был впервые использован учеными в тестах на клещевой энцефалит. Одного миллиграмма такого белка может хватить для ста тысяч точных анализов по определению наличия вируса клещевого энцефалита.
    1180
  • 02/08/2021

    Российские учёные работают над продлением жизни людям с заболеванием мозжечка

    Препарат для лечения болезни Альцгеймера – мемантин - может применяться при лечении заболеваний мозжечка. Эта структура головного мозга отвечает за равновесие и координацию движений. Ученые из Северо-Восточного федерального университета и Красноярского государственного медицинского университета предполагают, что препарат может увеличить продолжительность жизни больных спиноцеребеллярной атаксией 1 типа (СЦА1).
    284
  • 12/11/2020

    Митохондриальный геном лиственницы оказался самым большим в мире

    Ученые из России проанализировали митохондриальный геном (митогеном) лиственницы. Оказалось, что он самый большой среди всех известных живых организмов. Митогеном находится в митохондриях — своего рода «энергетических станциях» клеток.
    1097
  • 24/12/2020

    Экологически чистые. Красноярские учёные разработали новые буровые растворы

    Специалисты «Роснефти» и Сибирского федерального университета разработали технологию производства экологически безопасных буровых растворов. Для этого применяются биоразлагаемые компоненты и растительные масла.
    952
  • 13/09/2021

    Учёные получили монослой фуллеренов с литием

    Исследователи из России, Японии, Южной Кореи и Швеции теоретически и экспериментально изучили монослой нового класса нанообъектов - эндоэдральных фуллеренов - с литием на подложке из меди. Результаты работы, в которой участвовал Сибирский федеральный университет (СФУ, Красноярск), могут быть использованы в органической электронике, сообщили в пресс-службе СФУ.
    176
  • 17/05/2021

    Новая "упаковка" для ферментов упростит поиск ядов в еде

    Упростить технологию поиска ядовитых веществ в продуктах питания смогли биофизики Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с учеными Института биофизики СО РАН (ИБФ). Предложенная ими технология "упаковки", по словам ученых, позволяет многократно продлить срок годности ферментов-индикаторов и снизить затраты на их хранение.
    355
  • 22/12/2020

    Наночастицы помогли улучшить добычу нефти

    Ученые из России выяснили, как наночастицы влияют на эффективность извлечения нефти. Добавление их в воду, которая вытесняет нефть из пласта, способствует улучшению отрыва капель нефти от горной породы и вымыванию их на поверхность.
    785
  • 20/12/2019

    Когда наука несет свет: ученые предложили производить светодиоды без редкоземельных металлов

     Международная группа учёных синтезировала и изучила соединение, которое поможет значительно удешевить производство светодиодов для получения белого света, имитирующего солнечный. Такие диоды широко применяются в освещении жилых и производственных помещений, для наружной рекламы и выращивания растений предприятиями агропромышленного комплекса.
    1283
  • 05/10/2018

    Бокоплав-кузнечик выживает в «горячей» воде за счет неверного жиросжигания

    Устойчивость к высокой температуре во многом зависит от способности обходиться без кислорода.​Ученые из Иркутского государственного университета, Белорусского государственного университета, Байкальского исследовательского центра, Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета узнали, как бокоплав-кузнечик Gammarus lacustris реагирует на постепенный рост температуры окружающей воды и какими биохимическими приспособлениями он пользуется, чтобы выжить.
    3099