Projektbeschreibung
Nanophotonische Strukturen zur Beleuchtung eines Weges in Richtung ultraempfindlicher Nachweise chiraler Moleküle
Chirale Moleküle spielen eine wichtige Rolle in der Biochemie, Medizin und pharmazeutischen Industrie, da die meisten biologischen Moleküle links- oder rechtshändige Gestalten haben. Die Zirkulardichroismus-Spektroskopie ist ein unerlässliches analytisches Instrument, um die Chiralität von Molekülen zu bestimmen, da sie die Unterschiede in der Absorption links- und rechtshändigen, zirkular polarisierten Lichts misst. Allerdings hat dieses Verfahren mit einer geringen Empfindlichkeit und räumlichen Auflösung zu kämpfen, da chirales Licht nur schwach mit Materie interagiert. Daher ist es mithilfe von Licht nicht möglich, die Chiralität individueller Objekte im Nanomaßstab zu bestimmen, was für bestimmte kritische Anwendungen notwendig ist, wie für den Nachweis von Proteinaggregaten, die für verschiedene Krankheiten verantwortlich sind. Das Ziel des EU-finanzierten Projekts CHANSON ist, die Hindernisse zu überwinden, die dem Zirkulardichroismus im Wege stehen. Es wird auf neue Konzepte aus der Halbleiter-Nanophotonik zurückgreifen, um die chirale Fluoreszenzintensität und Polarisation zu verstärken und so ultraempfindliche und ultrahochauflösende Molekülnachweise zu ermöglichen.
Ziel
Chirality plays a pivotal role in chemistry and medicine because most biological molecules have either right- or left-handed conformations. Circular dichroism can distinguish the chirality of matter thanks to a small difference in absorption of light with opposite circular polarizations. However, it is severely limited by low sensitivity and low spatial resolution due to weak chiral light-matter interaction. As a result, using light, we cannot resolve the chirality of individual nanoscale objects for critical applications such as detecting protein aggregates responsible for a variety of diseases.
CHANSON pushes the limits of optically resolvable chirality through new concepts in semiconductor nanophotonics. We tailor semiconductor nanostructures to specifically boost chiral fluorescence thanks to the interplay of photons, charges, and spins. Using novel contrast mechanisms, we increase both fluorescence intensity and polarization to remove the barriers that hinder circular dichroism. The project combines two routes for ultrasensitive and super-resolved molecular detection: 1) Nanophotonic sensors based on semiconductor nanoantennas; 2) Excitonic sensors based on atomically thin semiconductors.
The ambitious target is to map with nanoscale spatial resolution the lowest possible molecular concentrations down to a single chiral molecule. To tackle this major scientific challenge, I propose the concept of a metasurface canvas consisting of arrays of semiconductor nanostructures. By providing a platform for fluorescence-based sensing of both light-emitting and non-emitting analytes, the results could revolutionize the screening of pharmaceuticals for neurodegenerative diseases, amongst others.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculesproteins
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringsensors
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssemiconductivity
- engineering and technologynanotechnologynanophotonics
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
9000 Gent
Belgien