Функциональные 2D–наноматериалы для оптоэлектронной техники на основе ленгмюровских пленок бактериородопсина


https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-2-124-132

Полный текст:


Аннотация

Протестированы возможности создания на основе мономолекулярных слоев бактериородопсина (БР) высокочувствительных и высокоселективных биосенсоров, основанных на генерации второй гармоники и возбуждении поверхностных плазмон-поляритонных волн. Для этой цели использованы различные оптические и нелинейно-оптические методы исследования пленок Ленгмюра—Блоджетт с тем, чтобы сохранить все специфические свойства, присущие молекулам БР, при переносе их с водной поверхности на твердую подложку. Показано, что метод генерации второй гармоники может быть эффективно использован для анализа ориентации молекул БР и качества пленок Ленгмюра—Блоджетт. Измеренное значение нелинейной оптической восприимчивости второго порядка молекул БР составило 3,4 · 10-11 м/В. Относительное изменение резонансного значения волнового вектора — (3,6 ± 0,1) · 10-2 при длине волны возбуждающего света 630 нм. Получен спектр БР, вызванный возбуждением поверхностных плазмон- поляритонных волн падающим излучением. По результатам проведенных исследований предложены оригинальные схемы биосенсоров, использующих генерацию второй гармоники и поверхностно-плазмонный резонанс при отражении сигнала основной частоты от монослоев БР. Схема апробирована на макете прибора. Показана возможность получения чувствительности порядка 1011 мол/см3.


Об авторах

С. И. Валянский
Учреждение Российской академии наук «Институт общей физики им. А. М. Прохорова»
Россия

Валянский Сергей Иванович — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

ул. Вавилова, д. 38, Москва, 119991 U;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA'>сотрудник



Е. К. Наими
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Наими Евгений Кадырович — доктор физико- математических наук, профессор

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049 



Л. В. Кожитов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Кожитов Лев Васильевич— доктор технических наук, профессор

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049 



Список литературы

1. Валянский, С. И. Наноматериалы. Ленгмюровские пленки / С. И. Валянский, Е. К. Наими. - М.: Изд. Дом МИСиС, 2014. - 188 с.

2. Валянский, С. И. Введение в физику поверхностных электромагнитных волн: Получение, регистрация и применение / С. И. Валянский, Е. К. Наими. - Saarbrücken: Международный Издательский Дом LAP LAMBERT Academic Publishing: AV Akademikerverlag GmbH & Co. KG, 2013. - 180 с.

3. Балашев, С. П. Фотохимические превращения бактериородопсина / С. П. Балашев, Ф. Ф. Литвин. - М.: Изд-во МГУ, 1985. - С. 164.

4. Hwang, S. B. Structural and spectroscopic characteristics of bacteriorhodopsin in air-water interface films / S. B. Hwang, J. I. Korenbrot, W. Stoeckenius // J. Membran. Biol. - 1977. - V. 36, N 1. - P. 115—135. DOI: 10.1007/BF01868147

5. Горшков, М. М. Эллипсометрия / М. М. Горшков. - М.: Сов. радио, 1974. - 200 с.

6. Скулачев, В. П. Энергетика биологических мембран / В. П. Скулачев. - М.: Наука, 1989. - 564 с.

7. Hwang, S. B. Transient photovoltages in purple membrane multilayers. Charge displacement in bacteriorhodopsin and its photointermediates / S. B. Hwang, J. I. Korenbrot, W. Stoeckenius // Biochim. et Biophys. Acta (BBA) - Biomembranes. - 1978. - V. 509, N 2. - P. 300—317. DOI: 10.1016/0005-2736(78)90049-4

8. Акципетров, О. А. Генерация второй гармоники при отражении от мономолекулярного ленгмюровского слоя / О. А. Акципетров, Н. Н. Ахмедиев, Е. Д. Мишина, В. Р. Новак // Письма в ЖЭТФ. - 1983. - Т. 37. - С. 175—176.

9. Акципетров, О. А. Исследование структуры ленгмюровских пленок методом генерации отраженной второй гармоники / О. А. Акципетров, Н. Н. Ахмедиев, И. М. Баранова, Е. Д. Мишина, В. Р. Новак // ЖЭТФ. - 1985. - Т. 89. - С. 911—921.

10. Кирьянов, А. В. Нелинейно-оптические свойства бактериородопсина в многослойных пленках Ленгмюра-Блоджетт / А. В. Кирьянов, И. А. Масляницин, В. В. Савранский, В. Д. Шигорин, Х. Лемметийнен // Квантовая электроника. - 1997. - Т. 26, № 1. - С. 85—88.

11. Алексеев, А. С. Нелинейно-оптические свойства Ленгмюра-Блоджетт монослоев бактериородопсина / А. С. Алексеев, С. И. Валянский, В. В. Савранский // Тр. ин-та общей физики. - 1992. - Т. 38. - С. 131—148.

12. Алексеев, А. С. Исследование ленгмюровских пленок бактериородопсина методом генерации второй гармоники / А. С. Алексеев, С. И. Валянский, В. В. Савранский // Краткие сообщения по физике. - 1989. - № 2. - С. 35—36.

13. Валянский, С. И. Современные методы исследования наноструктур. Метод оптической поверхностно-плазмонной микроскопии / С. И. Валянский, Е. К. Наими. - М.: Изд. Дом МИСиС, 2011. - 173 с.

14. Otto, A. Exitation of nonradiactive surface plasma waves in silver by the method of frustrated total reflexion / A. Otto // Zeitschrift für Physik. - 1968. - Bd. 216, N 4. - S. 398–410. DOI: 10.1007/BF01391532

15. Kretschmann, E. Die Bestimmung optischer Konstanten von Metallen durch Anregung von Oberflächenplasmaschwingungen / E. Kretschmann // Zeitschrift für Physik A. Hadrons and nuclei. - 1971. - Bd. 241, N 4. - S. 313—324. DOI: 10.1007/BF0139542

16. Абельс, Ф. Поверхностные поляритоны на металлических поверхностях и границах раздела / Ф. Абельс, Т. Лопес-Риос // Поверхностные поляритоны. - М.: Наука, 1985. - С. 167—189.

17. Алексеев, А. С. Рассеяние света на поверхностных плазмонах и гигантское комбинационное рассеяние монослоев бактериородопсина / А. С. Алексеев, С. И. Валянский, X. Леметюйнен, A. M. Прохоров, В. В. Савранский // Краткие сообщения по физике. - 1989. - № 9. - С. 53—55.

18. Чен, И. Дж. Трехволновые нелинейные взаимодействия с участием поверхностных поляритонов: Комбинационное рассеяние, дифракция и параметрическое смешение света / И. Дж. Чен, Е. Бурштейн // Поверхностные поляритоны. - М.: Наука, 1985. - С. 410—439.

19. Smith, S. О. Determination of retinal chromophore structure in bacteriorhodopsin with resonance Raman spectroscopy / О Smith., J. Lugttnburg, R. A. Mathies // J. Membran. Biol. - 1985. - V. 85, N 2. - P. 95—109. DOI: 10.1007/BF01871263

20. Набиев, И. Р. Гигантское комбинационное рассеяние и его применение к излучению биологических молекул / И. Р. Набиев, Р. Г. Ефремов, Г. Д. Чуманов // УФН. - 1988. - Т. 154. - С. 459—496. DOI: 10.3367/UFNr.0154.198803d.0459


Дополнительные файлы

Для цитирования: Валянский С.И., Наими Е.К., Кожитов Л.В. Функциональные 2D–наноматериалы для оптоэлектронной техники на основе ленгмюровских пленок бактериородопсина. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2016;19(2):124-132. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-2-124-132

For citation: Valyanskii S.I., Naimi E.K., Kozhitov L.V. Functional 2D nanomaterials for optoelectronic equipment on the basis of langmuir–blodgett bacteriorhodopsin films. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2016;19(2):124-132. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-2-124-132

Просмотров: 56

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)