July 21st, 2023
Этот протокол демонстрирует измерения комбинационного рассеяния света с поверхностным усилением одной молекулы (SERS) с использованием наноантенны ДНК-оригами (DONA) в сочетании с колокализованной атомно-силовой микроскопией (АСМ) и рамановскими измерениями.
Наше исследование направлено на разработку новых инструментов для обнаружения отдельных молекул с помощью поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния или источника. Это единственный метод, который обеспечивает химический отпечаток молекулы и достаточно чувствителен для обнаружения отдельных молекул. Таким образом, можно получить подробную механистическую информацию о химических реакциях.
Наноструктуры ДНК-оригами использовались для точного позиционирования как плазмонных наночастиц, так и молекул-мишеней. И это необходимо, потому что усиленное комбинационное рассеяние происходит из небольшого нанометрового объема между наночастицами, которые мы называем горячими точками. И сейчас мы создали новую плазмонную ДНК-наноантенну оригами именно для этой цели.
Основная задача состоит в том, чтобы поместить молекулы-мишени в такие горячие точки между двумя наночастицами и собрать рамановские данные ровно с одной наноантенной структуры. Для сбора больших объемов данных и эффективной корреляции между атомно-силовой микроскопией необходимо провести рамановскую спектроскопию. Плазмонные ДНК-оригами-наноантенны позволяют воспроизводить большое количество плазмонных димеров, в которых молекула-мишень точно расположена между наночастицами в горячей точке.
И благодаря корреляции данных АСМ и комбинационного рассеяния мы теперь можем убедиться, что обнаружена только одна молекула. Теперь мы можем отслеживать отдельные молекулы, такие как молекулы красителей или белки, в режиме реального времени, а также их поведение в горячих точках и их реакцию на химические изменения в окружающей среде. Например, недавно наблюдалось изменение спинового состояния отдельных молекул человека.
В будущем мы планируем отслеживать химические реакции на мономолекулярном уровне и изучать механизмы их реакции. Кроме того, мы можем использовать эту технологию для обнаружения биомолекул, имеющих отношение к медицине, с очень высокой чувствительностью.
Этот протокол демонстрирует измерения с использованием поверхностно-усиленного рассеяния Рамана на одной молекуле (SERS) с использованием наноантенны из ДНК-оригами (DONA) в сочетании с локализованной атомно-силовой микроскопией (АСМ) и измерениями Рамана. Целью исследования является разработка инструментов для обнаружения одиночных молекул и мониторинга их поведения в реальном времени.
Single-molecule SERS enabled by plasmonic DNA origami nanoantennas provides unprecedented chemical specificity at the individual molecule level, addressing a critical gap in mechanistic de-risking and target validation for biopharma R&D. This capability allows for real-time tracking of molecular behavior and reactions, supporting predictive confidence in early discovery and translational research. The approach enhances portfolio decision-making by revealing molecular heterogeneity and reaction mechanisms that remain hidden in bulk analyses.
This method integrates into the discovery continuum from early mechanistic studies through lead identification and translational research, providing a reusable platform for single-molecule analytics.