מדידות פיזור ראמאן משופרות על פני השטח של מולקולה אחת המופעלות על ידי ננו-אנטנות אוריגמי DNA פלסמוני

מטרת המחקר שלנו היא לפתח כלים חדשים לזיהוי מולקולות בודדות על ידי פיזור או מקור ראמאן משופר על פני השטח. זוהי הטכניקה היחידה המספקת טביעת אצבע כימית של מולקולה ורגישה מספיק כדי לזהות מולקולות בודדות. בדרך זו, מידע מכניסטי מפורט על תגובות כימיות ניתן להשיג.

ננו-מבנים של אוריגמי DNA שימשו למיקום מדויק הן של ננו-חלקיקים פלסמוניים והן של מולקולות מטרה. וזה נדרש מכיוון שפיזור הרמאן המשופר מקורו בנפח ננומטרי קטן בין הננו-חלקיקים שאנו מכנים נקודות חמות. וכעת יצרנו ננו-אנטנה חדשה של DNA אוריגמי פלסמוני, בדיוק למטרה זו.

האתגר העיקרי הוא למקם מולקולות מטרה בנקודות חמות כאלה בין שני ננו-חלקיקים ולאסוף נתוני ראמאן ממבנה ננו-אנטנה אחד בדיוק. כדי לאסוף כמויות גדולות של נתונים ומתאם יעיל בין מיקרוסקופ כוח אטומי יש לבצע ספקטרוסקופיית ראמאן. ננו-אנטנות האוריגמי של הדנ"א הפלזמוני מאפשרות ייצור בר-שחזור של מספר רב של דימרים פלסמוניים שבהם מולקולת המטרה ממוקמת במדויק בין הננו-חלקיקים בנקודה החמה.

ובאמצעות קורלציה של נתוני AFM ורמאן, אנו יכולים כעת לוודא שיש רק מולקולה אחת שזוהתה. כעת אנו יכולים לעקוב בזמן אמת אחר מולקולות בודדות כמו מולקולות צבע או חלבונים, אחר התנהגותן בנקודות חמות ותגובותיהן לשינויים כימיים בסביבה. לדוגמה, שינוי מצב הספין של מולקולות אנושיות בודדות נוטר לאחרונה.

בעתיד, אנו שואפים לעקוב אחר תגובות כימיות ברמה המולקולרית היחידה ולחקור את מנגנוני התגובה שלהן. בנוסף, אנו יכולים להשתמש בטכנולוגיה זו כדי לזהות ביומולקולות רלוונטיות מבחינה רפואית עם רגישות גבוהה מאוד.