Наноантенны усиливают яркость флуоресценции клеток, улучшая изучение активности мозга

Группа исследователей из Технологического университета Делфта создала плазмонные наноантенны, которые значительно усиливают флуоресценцию белков в живых клетках млекопитающих. Это открытие имеет важное значение для изучения биологических процессов в реальном времени, позволяя более детально наблюдать за жизнью и ее проявлениями.

Генетически модифицированные белки, способные светиться, уже используются для отслеживания активности клеток, например, в мозге мышей. Однако ученые сталкивались с проблемой недостаточной яркости и чувствительности этих белков к электрическим импульсам, что ограничивало качество визуализации. Новая работа показывает, что размещение наноантенн рядом с белками может увеличить их флуоресценцию до шести раз, при этом клетки остаются живыми и функционируют нормально.

В качестве наноантенн использовались золотые нанозвёзды, которые концентрируют электромагнитное поле на своей поверхности. При лазерном освещении возникает сильное оптическое ближнее поле, что меняет взаимодействие флуоресцентных белков со светом, увеличивая эффективность их возбуждения и скорость излучения фотонов.

Ключевым аспектом работы стало точное определение формы и размеров наночастиц, а также их стабильности и расположения относительно мембранных белков. Это позволило реализовать эффект усиления флуоресценции в живых клетках, не нанося им вреда. Удивительным результатом стало то, что белок QuasAr6a стал реагировать на изменения напряжения на мембране в десять раз быстрее, поскольку плазмонная структура влияет на фотохимический цикл белка.

Это открытие имеет значительное значение для регистрации быстрых сигналов в синапсах, где предыдущие модификации белков не обеспечивали необходимого временного разрешения. Новые наноантенны открывают возможности для более детального изучения активности головного мозга млекопитающих и органов в глубоких тканях, что ранее было затруднительно.