20.02.2019 17:00
Nuovo esperimento di caratterizzazione per fluorescenza di molecole isolate
Pubblicato su PNAS il lavoro di un team internazionale di cui fanno parte tre ricercatori del Politecnico di Milano
Quando l’ISTAT ci dà informazioni medie sulla popolazione italiana, come il reddito medio, l’età media, il peso e l’altezza, spesso non ci riconosciamo, perché ognuno di noi è diverso dall’altro e quasi mai in media con il resto della popolazione.
Lo stesso succede per le molecole in chimica. Quando si misura un campione macroscopico, anche se contiene una sola sostanza chimica, ogni molecola sarà un po’ diversa dalle altre, perché è diversa la loro conformazione tridimensionale. Le molecole, infatti, non sono bacchette rigide, possono ruotare e piegarsi leggermente. Il risultato è che quello che viene misurato è in realtà una media delle varie conformazioni. La misura di molecole isolate invece ci può dire qual è la conformazione di ognuna di esse, e quindi può darci molte più informazioni che nella misura mediata sono nascoste.
Un team internazionale di ricercatori, tra i quali Giulio Cerullo, Dario Polli e Antonio Perri del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, è riuscito a caratterizzare le proprietà di singole molecole isolate mediante la fluorescenza che esse emettono. La fluorescenza è quella luce che si vede ad esempio sui nostri vestiti bianchi quando in discoteca vengono illuminati dalle lampade ultraviolette, o che illumina di verde le lancette dell’orologio di notte.
La misura che è stata realizzata è tecnicamente molto difficile: immaginate quanto è piccola una molecola, e quindi quanta poca luce di fluorescenza possa emettere. I ricercatori l’hanno messa al buio sotto un microscopio e l’hanno illuminata con dei flash di luce: su 100 colpi di flash, la molecola 99 volte non rispondeva affatto, e 1 volta rispondeva emettendo un singolo fotone. Un singolo fotone è pochissimo: basta pensare che i nostri occhi durante il giorno ricevono normalmente milioni di milioni di fotoni in un solo secondo di tempo. Raccogliendo questi fotoni di luce emessa da una singola molecola è possibile ottenere preziose informazioni riguardo alla sua conformazione peculiare.
Figura 1: Experimental Setup for Time- and Frequency-resolved fluorescence.
Figura 2: Representative selection of Single Molecules excitation and emission spectra. Significant variations in transition energies, linewidths, and Stokes shifts are observed.
Figura 3: Single Molecule interferogram (A) and relative Excitation-Emission Map (B) obtained via Fourier Transform (FT) along the x-axis. (C) Excitation-energy versus emission-intensity decay for a single molecule constructed from an interferometric TCSPC experiment. Sample: Terrylene diimide derivative
Il lavoro è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista PNAS, organo dell’Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti d’America. Oltre al Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, hanno partecipato l’Università Tecnica di Monaco di Baviera, che ha proposto lo studio e fatto le simulazioni, e l’Università di Copenaghen, che ha condotto gli esperimenti.
Per saperne di più:
Single-molecule excitation–emission spectroscopy
Erling Thyrhaug, Stefan Krause, Antonio Perri, Giulio Cerullo, Dario Polli, Tom Vosch, Jürgen Hauer
Proceedings of the National Academy of Sciences Feb 2019, 201808290
https://doi.org/10.1073/pnas.1808290116