html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Метаповерхности превратили ИК-спектр органических молекул в штрих-код


EPFL

Физики разработали новый тип чувствительных детекторов для анализа химического состава органических молекул. Принцип работы детектора основан на получении спектра поглощения вещества в инфракрасном диапазоне, который с помощью оптических метаповерхностей удается превратить в графический штрих-код. Такой метод позволит упростить цифровой анализ полученного сигнала и повысит чувствительность портативных сенсоров для химического анализа, пишут ученые в статье в Science.

Один из основных методов определения химического состава органических молекул — анализ спектров поглощения в инфракрасной области. Интенсивность и расположение пиков на спектре определяется энергиями колебания различных химических связей, поэтому свидетельствует о наличии в молекулах тех или иных функциональных групп, их количестве и расположении. При этом такой метод довольно прост в реализации, поэтому современные детекторы для получения ИК-спектров уже можно уместить на небольшой чип и их предлагают встраивать в небольшие устройства, например смартфоны. Тем не менее, точность таких миниатюрных спектрометров пока не позволяет использовать их для полноценного анализа лекарств или содержания вредных веществ в пищевых продуктах.

Физики из Швейцарии и Австралии под руководством Хатидже Алтуг (Hatice Altug) из Федеральной политехнической школы Лозанны предложили новый тип миниатюрных детекторов, который также основан на возможности поглощения в инфракрасном диапазоне, но работает по принципиально новой схеме по сравнению с классическими спектрометрами. Основу предложенного сенсора составляет массив кремниевых оптических метаповерхностей квадратной формы, каждая из которых состоит из множества эллиптических колонн с размером около полутора микрометров. Каждый из таких квадратиков представляет собой один пиксель изображения и настроен для резонансного отражения электромагнитных волн своей длины — в диапазоне от 4 до 10 микрометров. Настройка частоты происходит за счет изменения угла поворота колонн друг относительно друга.

Принципиальная схема детектора и принцип его работы. Каждый из пикселей настроен на отражение своей длины волны в инфракрасном диапазоне

A. Tittl et al./ Science, 2018

На каждый из этих пикселей могут адсорбироваться молекулы анализируемого химического вещества (например белков), которые поглощают свет в том же диапазоне длин волн за счет колебания химических связей. Поэтому если длина волны, на которой поглощает молекула, совпадает с длиной волны, которую отражает конкретный пиксель детектора, то интенсивность отраженного света уменьшается. Набор интенсивностей отраженного света с каждого пикселя служит таким образом своеобразным штрих-кодом для анализируемой смеси веществ и полностью характеризует ее спектр поглощения в инфракрасной области.

Для экспериментальной проверки предложенного принципа ученые создали детектор, состоящий из массива 480 на 480 пикселей, которые отражали свет в диапазоне от 1350 до 1770 обратных сантиметров. На поверхность детектора был адсорбирован рекомбинантный белок A/G, после чего с помощью описанной методики ученые получили спектр его отражения в ИК-диапазоне в графическом «попиксельном» виде. Анализ такого спектра, например, показал наличие в молекуле двух типов амидных групп.

Пример спектра поглощения белка в ИК-диапазоне с двумя типами амидных групп, полученного с помощью предложенного чипа из метаповерхностей

A. Tittl et al./ Science, 2018

Авторы работы отмечают, что предложенная схема позволяет упростить метод цифровой обработки сигнала. В частности, для анализа сложных смесей с возможным химическим взаимодействием между компонентами ученые предлагают использовать методы анализа изображений с помощью нейросетей. Кроме того, разработанный метод обладает значительно большей чувствительностью по сравнению с традиционными спектрометрами, которая может быть дополнительно увеличена за счет изменения угла ориентации колонн. По словам ученых, такой подход может использоваться для исследования синтетических и биологических полимеров, и, например, вредных веществ в пищевых продуктах.

Использование адсорбированных на поверхность органических молекул нередко становится основой для создания нетрадиционных методов анализа их химического состава. Например, недавно физики предложили использовать в качестве чувствительного химического зонда метод электронной туннельной микроскопии. Анализ компонентов сложных молекул на поверхности исследуемых образцов в предложенном методе проводится по оценке колебательной энергии молекулы угарного газа на кончике сканирующей иголки.

Александр Дубов

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

2

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • физика
          • ученые
          • исследования
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции