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

  • 30/11/2017

    Синтез химиков и физиков

    За одной написанной химической формулой может скрываться сразу несколько различных веществ и структур. Так, оксид железа имеет ряд фаз, и только одна из них позволяет получать магнитные наночастицы для производства, например, более продуктивных жестких дисков.
    1549
  • 01/02/2021

    ИК СО РАН запустил еженедельный онлайн-семинар для будущих пользователей ЦКП «СКИФ»

    Лаборатория перспективных синхротронных методов исследования (ЛПСМИ) Института катализа СО РАН провела первую серию семинаров для объединения потенциальных отечественных пользователей ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» и обмена опытом по использованию синхротронного излучения (СИ) в различных областях науки.
    1110
  • 02/12/2020

    Биоматериалы из растений: перспективы производных лигнина в медицине

    Ученые показали, что водорастворимый лигнин в лабораторных экспериментах не оказывал негативного влияния на тромбоциты и эритроциты, не мешал свертываемости крови, а в некоторых случаях даже ускорял ее в два раза.
    763
  • 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.
    1281
  • 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
  • 27/08/2020

    Космос под ногами, или светящиеся черви сибирской тайги

    ​​Исследователи из красноярского Института биофизики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и московского Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН на протяжении многих лет изучают химическую природу биолюминесценции земляных червей, обнаруженных на территории Сибири.
    724
  • 24/09/2020

    Сибирские ученые создали полиэтиленовый «бронежилет» для радиолокационного оборудования

    Сибирские ученые модернизировали полиэтилен при помощи ультразвука и углеродных нанотрубок. В отличие от изначального материала, полученный композит обладает высокой диэлектрической проницаемостью и большей износостойкостью.
    939
  • 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.
    1177
  • 11/12/2015

    В СФУ проходит франко-российская школа для будущих инженеров

    ​В Сибирском федеральном университете впервые состоялась международная научная зимняя школа "Высокотемпературное окисление и адгезия в системе маталл/оксид" с участием преподавателей из России и Франции.
    2244
  • 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