Opis projektu
Struktury nanofotoniczne umożliwią ultraczułe wykrywanie cząsteczek chiralnych
Cząsteczki chiralne odgrywają istotną rolę w biochemii, medycynie i przemyśle farmaceutycznym, ponieważ większość cząsteczek biologicznych ma konformację lewo- lub prawoskrętną. Spektroskopia dichroizmu kołowego jest jedną z podstawowych technik analitycznych stosowanych do wykrywania chiralności cząsteczek. Pozwala ona mierzyć różnice w absorpcji światła spolaryzowanego kołowo lewo- i prawostronnie. Technika ta jest jednak ograniczona niską czułością i niewielką rozdzielczością przestrzenną, czego przyczyną jest nieznaczne oddziaływanie światła spolaryzowanego z materią. Dlatego też za pomocą światła nie można prowadzić analizy chiralności pojedynczych obiektów badań na potrzeby krytycznych zastosowań, na przykład wykrywania agregacji białek odpowiedzialnej za różne schorzenia. Celem finansowanego ze środków UE projektu CHANSON jest zniesienie ograniczeń uniemożliwiających stosowanie techniki dichroizmu. Prace prowadzone podczas tego projektu będą bazować na wykorzystaniu nowych koncepcji z zakresu nanofotoniki półprzewodnikowej w celu zwiększenia natężenia fluorescencji i polaryzacji kołowej z myślą o zastosowaniu ich do ultraczułej i ostatecznie rozstrzygającej detekcji cząstek.
Cel
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.
Dziedzina nauki
- 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
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
9000 Gent
Belgia