Spektroskopia w podczerwieni w skali nano przy użyciu BESSY II Analiza pojedynczych biomolekuł w środowisku wodnym

Źródło: komunikat prasowy Centrum Helmholtza w Berlinie | Tłumaczenie wykonane przez sztuczną inteligencję 4 min Czas czytania

Related Vendor

Klasyczna spektroskopia w podczerwieni napotyka ograniczenia w przypadku próbek wodnych. Natomiast dzięki technologii s-SNOM (Scanning Near-field Optical Microscopy) można uzyskać obrazy poszczególnych biomolekuł w wysokiej rozdzielczości. W nowym badaniu metoda ta została zweryfikowana na linii promieniowania BESSY-II w Centrum Helmholtza w Berlinie.

Aby połączyć tradycyjną spektroskopię w polu dalekim z nanoskalową spektroskopią w polu bliskim w zakresie podczerwieni, zespół połączył dane eksperymentalne z teoretycznym modelem dipolowym o skończonej długości, który opisuje zjawiska zachodzące w skali nano.(Zdjęcie: HZB)
Aby połączyć tradycyjną spektroskopię w polu dalekim z nanoskalową spektroskopią w polu bliskim w zakresie podczerwieni, zespół połączył dane eksperymentalne z teoretycznym modelem dipolowym o skończonej długości, który opisuje zjawiska zachodzące w skali nano.
(Zdjęcie: HZB)

W linii promieniowania podczerwonego BESSY-II w Centrum Helmholtza w Berlinie (HZB) naukowcy mogą od niedawna badać maleńkie próbki biologiczne, a nawet pojedyncze biomolekuły w warunkach zbliżonych do naturalnych i z najwyższą rozdzielczością. W tym celu udoskonalono i dokładnie zweryfikowano spektroskopię w podczerwieni w skali nano. Ultracienkie membrany na bazie krzemu umożliwiają przy tym badania w środowisku wodnym.

Międzynarodowy zespół pod kierownictwem eksperta z HZB, dr. Alexandra Vebera, wykazał po przeprowadzeniu wstępnej weryfikacji koncepcji (proof-of-concept), że pomiary w zakresie nano-IR w środowisku wodnym są zgodne z oczekiwanymi widmami IR w polu dalekim. Ten postęp metodologiczny umożliwia teraz głębszy wgląd w biomateriały, a także obserwację procesów katalitycznych w środowiskach ciekłych.

Spektroskopia w połączeniu z mikroskopią sił atomowych

Spektroskopia w podczerwieni (spektroskopia IR) dostarcza informacji na temat wielu właściwości próbek (biologicznych), cząsteczek i materii miękkiej. Ponieważ wymaga ona jednak pewnej wielkości próbki, w odniesieniu do pojedynczych cząsteczek możliwe są jedynie wnioski o charakterze statystycznym. Do badania pojedynczych biomolekuł nadaje się spektroskopia w nanoskali (scanning near-field optical microscopy typu rozpraszającego, s-SNOM) z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego. W tej metodzie wiązka podczerwieni oświetla końcówkę mikroskopu sił atomowych (Atomic force microscope, AFM) podczas skanowania próbki. Światło rozproszone dostarcza lokalnych informacji optycznych na temat oddziaływania w polu bliskim między końcówką a próbką z rozdzielczością sięgającą nawet dziesięciu nanometrów.

Dzień praktyczny poświęcony spektroskopii molekularnej 

Co? 
Porady i wskazówki dotyczące spektroskopii UV/Vis, IR/FTIR, Ramana i NMR


Kiedy? 
10 listopada 2026 r.


Gdzie? 
VCC Vogel Convention Center Würzburg
Max-Planck-Str. 7/9, 97082 Würzburg
  Wszystkie aktualne informacje na stronie www.praxistag-molekuelspektroskopie.de 

Membrana jako warstwa ochronna

Biomolekuły zazwyczaj znajdują się w środowisku wodnym i nie nadają się do klasycznych pomiarów w podczerwieni, ponieważ woda pochłania część promieniowania podczerwonego. Jednak już jakiś czas temu pierwsze badania typu „proof-of-concept” wykazały, że technika s-SNOM może działać w cieczy, jeśli między końcówką AFM a próbką zastosuje się ultracienkie membrany z azotku krzemu lub węglika krzemu – membrany te pełnią rolę warstwy ochronnej i są przezroczyste w środkowym zakresie podczerwieni. Brakowało jednak kompleksowego testu porównawczego, który połączyłby te lokalne pomiary w polu bliskim z uznanymi i znanymi referencyjnymi widmami podczerwieni w polu dalekim.

Aby wypełnić tę lukę, międzynarodowy zespół pod kierownictwem dr Alexandra Vebera przeprowadził systematyczne badania z wykorzystaniem różnych ultracienkich membran na bazie krzemu. Udało im się wykazać, że spektra nano-IR o wysokiej rozdzielczości w środowisku wodnym korelują bezpośrednio ze standardowymi sygnaturami IR w polu dalekim.

„Przeprowadziliśmy systematyczne testy różnych membran krzemowych i zbadaliśmy próbki zarówno w stanie suchym, jak i w środowisku wodnym” – mówi dr Maria Eleonora Temperini, pierwsza autorka badania. Wśród próbek znalazły się albumina surowicy bydlęcej i cząsteczki DNA, a także włókna białkowe α-synukleiny, które odgrywają rolę w chorobie Alzheimera.

Badanie próbek biologicznych w środowisku wodnym

Aby połączyć tradycyjną spektroskopię w podczerwieni w polu dalekim z nanometrową spektroskopią w polu bliskim, zespół połączył dane eksperymentalne z modelem teoretycznym. „Model dipola skończonego bardzo dobrze opisuje to, co dzieje się w nanoskali w obecności błony i cieczy” – mówi Temperini. Sygnały poszczególnych biomolekuł bardzo dobrze pokrywają się z uznanymi referencyjnymi widmami w podczerwieni (pole dalekie), co umożliwia chemiczne odwzorowanie struktur biologicznych z rozdzielczością sięgającą nawet kilkudziesięciu nanometrów.

„Obecnie możemy z dużą dokładnością badać próbki biologiczne za pomocą s-SNOM, i to w stanie, w jakim występują w naturze – w środowisku wodnym” – mówi Veber. Umożliwia to obserwację i analizę procesów biologicznych lub chemicznych z wysoką rozdzielczością przestrzenną, na przykład dynamiki białek, ale także oddziaływań molekularnych w materiałach o aktywności katalitycznej.

Zapisz się do newslettera już teraz

Nie przegap naszych najlepszych treści

Klikając „Zapisz się do newslettera”, wyrażam zgodę na przetwarzanie i wykorzystywanie moich danych zgodnie z formularzem zgody (rozwiń, aby poznać szczegóły) i akceptuję warunki korzystania. Więcej informacji znajdziesz w naszej polityce prywatności. Wyrażenie zgody dotyczy w szczególności przesyłania biuletynów redakcyjnych drogą elektroniczną oraz łączenia danych w celach marketingowych z wybranymi partnerami reklamowymi (np. LinkedIn, Google, Meta).

Rozwiń, aby poznać szczegóły Twojej zgody

Oryginalna publikacja: Maria Eleonora Temperini, Cecilia Spedalieri, Antonia Intze, Valeria Giliberti, Michele Ortolani, Janina Kneipp, Alexander Veber: Zrozumienie środowisk próbek w cieczy dla Nanospektroskopia w podczerwieni materiałów miękkich, Analytical Chemistry (2026) 98 (36): 26722–26732; DOI: 10.1021/acs.analchem.6c03284

Literatura uzupełniająca

Kilka lat temu wykazano, że technologia s-SNOM może działać w środowisku wodnym przy użyciu membran krzemowych:

Korbinian J. Kaltenecker, Thorsten Gölz, Enrico Bau i Fritz Keilmann: Mikroskopia dynamiczna w polu bliskim z wykorzystaniem spektroskopii w podczerwieni żywych komórek i nanocząstek w wodzie, Sci. Rep. 11, numer artykułu: 21860 (2021); DOI: 10.1038/s41598-021-01425-w.

Zespół pod kierownictwem Alexandra Vebera po raz pierwszy zastosował tę metodę w synchrotronie.

Alexander Veber, Cecilia Spedalieri, Janina Kneipp: Obrazowanie i spektroskopia w zakresie nano-podczerwieni komórek zwierzęcych w środowisku płynnym, Small, tom 21, nr 47 (2025); DOI: 10.1002/smll.202507097