Исследовательская группа из Токийского университета разработала платформу для микроскопии, которая позволяет наблюдать ранее скрытый слой биомолекулярных соединений, связанных со слабыми магнитными полями. Новый метод, опубликованный в журнале Journal of the American Chemical Society, устраняет давний технический пробел в исследованиях в области наук о жизни: многие важные промежуточные продукты в спин-зависимых реакциях представляют собой «темные» молекулы, которые не излучают свет напрямую, поэтому не поддаются обычной флуоресцентной визуализации.
Для решения поставленной задачи команда объединила два световых импульса, точно синхронизированных по времени, с импульсом магнитного поля, также имеющим наносекундную длительность. Этот подход, названный «флуоресцентной микроскопией с накачкой и зондированием», позволяет сравнивать сигналы при изменении магнитного поля в различные моменты времени. Благодаря этому сравнению удается выделить вклад спина в протекающий химический процесс и установить, как формируются и разрушаются промежуточные соединения, чувствительные к магнитному полю.
Для изучения биологически значимых процессов фотохимии исследователи использовали модельные системы, основанные на флавинах. Проведенные испытания продемонстрировали, что разработанная платформа позволяет с высокой точностью измерять время жизни реакции и фиксировать магнитные эффекты, даже при низких концентрациях, характерных для клеточных сред. Система способна выявлять малейшие колебания сигнала при использовании практичных параметров, предполагающих проведение одного эксперимента на кадр с минимальным воздействием на исследуемый образец, что открывает важные перспективы для будущих исследований живых клеток.
Данная работа в перспективе позволит объединить флуоресцентную микроскопию и спиновую химию. Она даст возможность исследовать молекулярные процессы, которые ранее были доступны только для косвенных оценок, и прояснить механизм воздействия слабых магнитных полей на биологические системы. Исследователи надеются, что новая методика ускорит научные изыскания в области квантовой биологии и будет способствовать созданию неинвазивных методов диагностики, основанных на анализе спинового состояния молекул.
В перспективе ученые намерены расширить возможности платформы, чтобы она могла функционировать в более сложных биологических системах, и улучшить методы анализа для различения пересекающихся реакционных путей. Данный подход дает возможность экспериментально изучать нестабильные, недолговечные промежуточные соединения, что расширяет спектр измерительных возможностей в биологической фотохимии и предоставляет практическую возможность исследования магнитных эффектов на молекулярном уровне.
[Фото: Высшая школа искусств и наук, колледж искусств и наук, Токийский университет ]