Исследовательская группа из Токийского университета разработала платформу для микроскопии, которая позволяет наблюдать ранее скрытый слой биомолекулярных соединений, связанных со слабыми магнитными полями. Новый метод, опубликованный в журнале Journal of the American Chemical Society, устраняет давний технический пробел в исследованиях в области наук о жизни: многие важные промежуточные продукты в спин-зависимых реакциях представляют собой «темные» молекулы, которые не излучают свет напрямую, поэтому не поддаются обычной флуоресцентной визуализации.
Чтобы решить эту задачу, команда объединила два световых импульса, синхронизированных по времени, с синхронизированным наносекундным магнитным импульсом. Этот метод, получивший название «флуоресцентная микроскопия с накачкой и зондированием», дает возможность сравнивать сигналы при переключении магнитного поля в разные моменты времени. Такое сравнение позволяет выделить спин-зависимую часть химического процесса и точно определить, как появляются и исчезают магнитно-чувствительные промежуточные соединения.
Исследователи протестировали метод на модельных системах на основе флавинов, которые широко используются для изучения биологически значимых процессов фотохимии. Ученые показали, что платформа может с высокой чувствительностью определять время жизни реакции и магнитные отклики, в том числе при низких концентрациях, соответствующих условиям в клетках. Система способна обнаруживать незначительные изменения сигнала при практичных настройках, предполагающих проведение одного эксперимента на кадр с минимальным повреждением, что является важным шагом на пути к будущим исследованиям живых клеток.
В более широком смысле это исследование открывает возможности для объединения флуоресцентной микроскопии и спиновой химии. Оно позволяет изучать молекулярные процессы, о которых ранее можно было судить лишь косвенно, и помогает понять, как слабые магнитные поля могут влиять на биологические процессы. Ученые рассчитывают, что этот метод ускорит исследования в области квантовой биологии и поможет в разработке неинвазивных диагностических стратегий, основанных на спиновом поведении молекул.
В ближайшее время исследователи планируют адаптировать платформу для работы со все более сложными биологическими средами и усовершенствовать методы анализа для разделения перекрывающихся путей реакций. Благодаря тому, что этот метод позволяет экспериментально исследовать темные короткоживущие промежуточные соединения, он расширяет возможности измерения в биологической фотохимии и открывает практический путь к изучению магнитных эффектов на молекулярном уровне.
[Фото: Graduate School of Arts and Sciences, College of Arts and Sciences, The University of Tokyo]
