Descrizione del progetto
Strutture nanofotoniche per far luce sulla strada verso il rilevamento ultrasensibile delle molecole chirali
Le molecole chirali svolgono un ruolo di primo piano nella biochimica, nella medicina e nell’industria farmaceutica, poiché la maggior parte delle molecole biologiche hanno conformazioni mancine o destre. La spettroscopia del dicroismo circolare è una tecnica analitica essenziale utilizzata per rilevare la chiralità nelle molecole in quanto misura la differenza nell’assorbimento della luce polarizzata circolare mancina e destra. Tuttavia, questa tecnica è limitata dalla bassa sensibilità e dalla bassa risoluzione spaziale a causa della debole interazione della luce chirale con la materia. Pertanto, l’analisi della chiralità dei singoli oggetti in nanoscala per applicazioni critiche, come il rilevamento di aggregati proteici responsabili di una varietà di malattie, non è possibile con la luce. L’obiettivo del progetto CHANSON, finanziato dall’UE, è quello di rimuovere le barriere che ostacolano il dicroismo circolare. Basandosi su nuovi concetti della nanofotonica a semiconduttore, aumenterà l’intensità della fluorescenza chirale e la polarizzazione per il rilevamento molecolare ultrasensibile e ultra-risoluto.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
- 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
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-STG - Starting GrantIstituzione ospitante
9000 Gent
Belgio