Зеленый флуоресцентный белок широко используется в молекулярной биологии и биомедицине, в частности, в качестве индикатора для диагностики различных заболеваний. Красноярские ученые научились усиливать свечение белка за счет помещения его в микрорезонатор и возбуждения сверхкороткими лазерными импульсами. Это позволит расширить традиционные техники лазерно-индуцированной флуоресценции в биомедицинских приложениях и повысит чувствительность диагностических биосенсоров. Результаты исследования опубликованы в журнале Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy.
Экспериментальная установка по наблюдению флуоресценции зеленого флуоресцентного белка
Открытие зеленого флуоресцентного белка, которое в 2008 году было отмечено Нобелевской премией по химии, совершило революцию в молекулярной биологии и определило стремительный прогресс в области биофотоники. Лабораторные методы анализа, основанные на флуоресценции, отличаются высокой чувствительностью и быстротой отклика. Методы флуоресцентного анализа используются как в фундаментальных исследованиях для изучения структуры и функции белков и нуклеиновых кислот, так и в биомедицинских приложениях, например, молекулярной диагностике.
Красноярские ученые, при ведущем участии исследователей из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», усилили свечение зеленого флуоресцентного белка — источника флуоресцентного сигнала при помощи микрорезонатора и лазерных импульсов. Усиление свечения белка позволит повысить чувствительность диагностических биосенсоров.
Микрорезонаторы – это своеобразные «ловушки для света». Эти устройства за счет концентрации световой энергии способны обеспечить увеличение интенсивности света на определенных частотах. В эксперименте красноярских ученых раствор зеленого флуоресцентного белка был помещен в микрорезонатор с целью усиления флуоресцентного сигнала. Свечение белка возбуждалось фемтосекундными лазерными импульсами, что привело к усилению флуоресценции под действием лазерных импульсов и увеличению времени свечения.
«Метод лазерно-индуцированной флуоресценции позволяет изучать биологические объекты со слабовыраженными люминесцентными свойствами или образцы с низкой концентрацией флуорофора. Особенность работы состоит в использовании фемтосекундных лазерных импульсов в качестве излучения, возбуждающего флуоресценцию. Фемтосекундные лазерные импульсы широко используются для исследования быстропротекающих процессов в природе. Обладая рядом преимуществ, такими как отсутствие нежелательных тепловых эффектов в объеме образца и высокая пиковая интенсивность, сверхкороткие лазерные импульсы могут применяться в различных биомедицинских приложениях. В данной работе нас интересовала возможность усиления сигнала флуоресценции и соответствующая величина усиления», — рассказал один из авторов работы, старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Андрей Вьюнышев.
Исследователи отметили, что полученные знания представляют интерес для потенциальных приложений биофотоники. Усиление флуоресцентного сигнала в различных биотестах позволит снизить пределы обнаружения биомаркеров при низких концентрациях маркерных веществ в образце.
В исследовании принимали участие специалисты ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», СФУ и Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва. Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований.
Источник информации: Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Источник фото: Вьюнышев Андрей Михайлович / ФИЦ КНЦ СО РАН