20 06 2025
Сотрудники лаборатории квантовой фотодинамикикафедры физической химии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносовавпервые показали, что флуоресцентные белки идеально подходят на роль квантовыхбиомаркеров. С их помощью можно создать принципиально новые оптическиетехнологии, позволяющие визуализировать и мониторить состояние живых систем. Результатыработы, поддержанной грантом РНФ № 22-13-00126,вынесены на обложку авторитетного научного журнала Американскогохимического общества J. Phys. Chem. B.
Двухфотонная спектроскопия сиспользованием запутанных фотонных пар активно развивается и в теоретическом, ив экспериментальном направлении. Квантовая запутанность описывает особуюкорреляцию в системах нескольких частиц. На практике такая корреляция позволяетпроводить спектроскопические измерения с намного меньшими интенсивностямивозбуждающего света, чем в классических экспериментах, что важно при проведенииисследований in vivo. Главное, понимать физический смысл изменений,происходящих в случае поглощения запутанных и классических фотонных пар с полярнымифотоактивными молекулами. К таким молекулам относятся флуоресцентные белки –генетически кодируемые биомаркеры, широко применяющиеся для визуализации имониторинга состояния живых систем.
Оказалось, что вероятностьпоглощения пар запутанных фотонов зависит как от классического вклада, так иего неклассического аналога. При этом неклассический вклад оказывается нанесколько порядков больше, чем классический.
"Мы показали, что существуютпринципиальные различия между поглощением классических и запутанных фотонов привозбуждении одного и того же состояния, – рассказывает Анастасия Боченкова,один из авторов работы и зав. лаб. квантовой фотодинамики. – Флуоресцентныебелки стали идеальными кандидатами для разработки на их основе квантовыхбиомаркеров и биосенсоров: в таких системах поглощение может усиливаться несколькопорядков. Дальше свойства флуоресцентных белков можно модифицировать, изменяя аминокислотныеостатки, что влияет на электростатическое поле белкового окружения поглощающейфотоны группы. Также интересно, что такие модификации могут приводить кпротивоположному эффекту при поглощении классических и запутанных пар фотонов.Наша работа открывает широкие перспективы для компьютерного дизайнафлуоресцентных белков с заданными нелинейными фотофизическими свойствами, аполученные результаты имеют принципиально важное значение для созданияквантовых оптических технологий визуализации живых систем".
Работы по практическомуприменению и внедрению новых технологий пройдут в рамках реализации программыИнженерной школы МГУ имени М.В. Ломоносова, подчеркнула Анастасия Боченкова.
На фото: Анастасия Боченкова
Автор фото: Юлия Чернова