Descripción del proyecto
Estructuras nanofotónicas para iluminar el camino hacia la detección ultrasensible de moléculas quirales
Las moléculas quirales desempeñan un papel prominente en la bioquímica, la medicina y la industria farmacéutica, ya que la mayoría de las moléculas biológicas tienen conformaciones zurdas o diestras. La espectroscopia de dicroísmo circular es una técnica analítica esencial utilizada para detectar la quiralidad en las moléculas, ya que mide la diferencia en la absorción de la luz polarizada circularmente a la izquierda y a la derecha. Sin embargo, esta técnica está limitada por la baja sensibilidad y resolución espacial debido a la débil interacción de la luz quiral con la materia. Por lo tanto, el análisis de la quiralidad de los objetos individuales a nanoescala para aplicaciones críticas, como la detección de conjuntos proteicos responsables de diversas enfermedades, no es posible utilizando la luz. El objetivo del proyecto CHANSON, financiado con fondos europeos, es eliminar los obstáculos que impiden el dicroísmo circular. El equipo del proyecto se basará en los nuevos conceptos de la nanofotónica de semiconductores para aumentar la intensidad de la fluorescencia quiral y la polarización para la detección molecular ultrasensible y ultrarresuelta.
Objetivo
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.
Ámbito científico
- 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
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-STG - Starting GrantInstitución de acogida
9000 Gent
Bélgica