Proteine activate de lumină demonstrează senzori cuantici și controlul undelor radio
Până în prezent, senzarea cuantică a fost cunoscută în principal prin materiale cu stare solidă, precum diamantele cu defecte minuscule introduse deliberat.
Cercetătorii transferă acum acest principiu la proteine – molecule biologice care pot fi produse genetic și personalizate în mod specific. În viitor, acest lucru ar putea permite construirea senzorilor cuantici direct în celule sau țesuturi.
Acești senzori pe bază de proteine sunt potențial foarte bine adaptați pentru biosenzori – adică pentru imagistica celulelor, țesuturilor sau organelor vii. În teorie, ei se află direct acolo unde este necesară măsurarea, făcându-i potriviți pentru studii în organisme – spre deosebire de senzorii voluminoși cu stare solidă.
Dominik Bucher, profesor de Senzare Cuantică la TUM School of Natural Sciences, a declarat: „Spre deosebire de sistemele bazate pe solid-state deja stabilite, abordările bazate pe proteine nu pot doar să funcționeze ca senzori, ci deschid de asemenea perspectiva de a controla procesele biologice cu unde radio într-un mod țintit – o perspectivă extrem de interesantă.”
Cercetătorii au iradiat două proteine sensibile la lumină – denumite flavoproteine – cu lumină albastră. Punctul de plecare a fost un criptocrom, o proteină studiată în biologie ca un potențial senzor de câmp magnetic în păsări. Probe de proteină utilizate în studiu au fost furnizate de grupul de cercetare al lui Erik Schleicher de la Universitatea din Freiburg.
Lumină generează perechi radicalice corelate cu spin cu proprietăți extraordinare în proteine: acestea sunt perechi de electroni cuplați, extrem de sensibili la câmpuri magnetice. Această comportare poate fi evidențiată prin intensitatea luminescenței acestor proteine.
Cercetătorii au aplicat apoi în mod deliberat unde radio și au reușit să altereze luminescența proteinelor – și astfel perechile radicale subiacente. Acest lucru demonstrează că stările cuantice sensibile din mediu biologic pot fi influențate de câmpuri electromagnetice.
Proteinele acționează ca senzori de câmp magnetic și pot chiar să facă vizibile distribuțiile câmpului magnetic în probe. Semnalul este citit pur optic prin lumină – similar cu senzorii cuantici pe bază de solid-state.
Deși aceasta este o cercetare fundamentală, constatările au un mare potențial pentru aplicații biotehnologice pe termen scurt.
Posibilitățile variază de la senzori cuantici biologici la activitatea celulară controlată prin unde radio, cum ar fi expresia genelor controlată de la distanță.
