Perydynina-chlorofil-białko. Optyka nanostruktur. Perydynina-chlorofil-białko. Rekonstytucja Chl a. Sebastian Maćkowski.

Podobne dokumenty
Eksperyment optyczny. Optyka nanostruktur. Diagram Jabłońskiego. Typowe czasy. Sebastian Maćkowski

Repeta z wykładu nr 11. Detekcja światła. Fluorescencja. Eksperyment optyczny. Sebastian Maćkowski

Kropki samorosnące. Optyka nanostruktur. Gęstość stanów. Kropki fluktuacje szerokości. Sebastian Maćkowski. InAs/GaAs QDs. Si/Ge QDs.

Plan. Kropki kwantowe - część III spektroskopia pojedynczych kropek kwantowych. Kropki samorosnące. Kropki fluktuacje szerokości

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Cel wykładu. Detekcja światła. Cel wykładu. Światło. Sebastian Maćkowski

Piotr Kowalczuk Natura rozpuszczonej materii organicznej w morzach szelfowych w świetle najnowszych zastosowań spektroskopii fluorescencyjnej

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Identyfikacja cząstek

Luminofory organiczne o efekcie antenowym. Paula Gawryszewska-Wilczyńska

Repeta z wykładu nr 8. Detekcja światła. Przypomnienie. Efekt fotoelektryczny

Mody sprzężone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Studnia kwantowa. Optyka nanostruktur. Studnia kwantowa. Gęstość stanów. Sebastian Maćkowski

Model standardowy i stabilność próżni

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

W stronę plazmonowego wzmocnienia efektów magnetooptycznych

Fluorescencyjna detekcja śladów cząstek jądrowych przy użyciu kryształów fluorku litu

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Pomiary widm fotoluminescencji

Optyka kwantowa wprowadzenie. Początki modelu fotonowego Detekcja pojedynczych fotonów Podstawowe zagadnienia optyki kwantowej

Zespolona funkcja dielektryczna metalu

Liniowe i nieliniowe własciwości optyczne chromoforów organiczych. Summer 2012, W_12

Ekspansja plazmy i wpływ atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu. Marcin Jedyński

Wzrost pseudomorficzny. Optyka nanostruktur. Mody wzrostu. Ekscyton. Sebastian Maćkowski

Operacje na spinie pojedynczego elektronu w zastosowaniu do budowy bramek logicznych komputera kwantowego

Zakład Biofizyki Molekularnej i Bioenergetyki Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki, WFiIS, AGH

Technika laserowa. dr inż. Sebastian Bielski. Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej PG

Atom Mn: wielobit kwantowy. Jan Gaj Instytut Fizyki Doświadczalnej

Charakteryzacja właściwości elektronowych i optycznych struktur AlGaN GaN Dagmara Pundyk

Szum w urzadzeniu półprzewodnikowym przeszkoda czy szansa?

Współczesna fizyka ciała stałego

Vacuum decay rate in the standard model and beyond

Repeta z wykładu nr 10. Detekcja światła. Kondensator MOS. Plan na dzisiaj. fotopowielacz, część 2 MCP (detektor wielokanałowy) streak camera

Fizyka Fizyka eksperymentalna cząstek cząstek (hadronów w i i leptonów) Eksperymentalne badanie badanie koherencji koherencji kwantowej

The role of band structure in electron transfer kinetics at low dimensional carbons

WŁAŚNOŚCI SCYNTYLACYJNE KRYSZTAŁU BGO. Winicjusz Drozdowski

Domieszki w półprzewodnikach

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Metody optyczne w medycynie

6. Emisja światła, diody LED i lasery polprzewodnikowe

Sprężyny naciskowe z drutu o przekroju okrągłym

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Co to jest kropka kwantowa? Kropki kwantowe - część I otrzymywanie. Co to jest ekscyton? Co to jest ekscyton? e πε. E = n. Sebastian Maćkowski

Repeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik

WYZNACZANIE ODLEGŁOŚCI KRYTYCZNEJ POMIĘDZY CZĄSTECZKAMI DONORA I AKCEPTORA W PROCESIE REZONANSOWEGO PRZENIESIENIA ENERGII (FRET)

Emisja spontaniczna i wymuszona

Repeta z wykładu nr 2. Detekcja światła. Parametry fotodetektorów. Co to jest detektor?

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Spektroskopia Ramanowska

Wysokowydajne falowodowe źródło skorelowanych par fotonów

Liniowe i nieliniowe własciwości optyczne chromoforów organiczych. Summer 2012, W_11

rodzaje luminescencji (czym wywołana?)

Wytwarzanie nowych scyntylatorów polimerowych na bazie poliwinylotoluenu do hybrydowego tomografu J-PET/MR

Sprężyny naciągowe z drutu o przekroju okrągłym

Mikroskopia konfokalna: techniki obrazowania i komputerowa analiza danych.

Nanofizyka co wiemy, a czego jeszcze szukamy?

ĆWICZENIE 3 LUMINOFORY ORGANICZNE I NIEORGANICZNE.

Nanostruktury i nanotechnologie

THE RATE OF GW CAPTURE OF STELLAR-MASS BHS IN NUCLEAR STAR CLUSTERS. Alexander Rasskazov & Bence Kocsis Eotvos University

Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW) Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów

SPRÊ YNY NACISKOWE. Materia³

Fizyka silnie skorelowanych elektronów na przykładzie międzymetalicznych związków ceru

Wzmacniacze optyczne ZARYS PODSTAW

Nierównowagowe kondensaty polarytonów ekscytonowych z gigantycznym rozszczepieniem Zeemana w mikrownękach półprzewodnikowych

Repeta z wykładu nr 4. Detekcja światła. Dygresja. Plan na dzisiaj

Wprowadzenie do cytometrii przepływowej: co i jak mierzy cytometr

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

METODYKA POMIARÓW WIDM FLUORESCENCJI (WF) NA MPF-3 (PERKIN-HITACHI)

Ćw. 11 wersja testowa Wyznaczanie odległości krytycznej R 0 rezonansowego przeniesienia energii (FRET)

Wielofunkcyjne bialko CBC dynamika wiazania konca 5 mrna

Neutronowe przekroje czynne dla reaktorów IV generacji badania przy urządzeniu n_tof w CERN

Podstawy fizyczne absorpcji rentgenowskiej

Techniki próżniowe (ex situ)

Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy

Własności optyczne półprzewodników

Efektywne symulacje mikromagnetyczne układów magnonicznych przy wykorzystaniu GPGPU.

Domieszki w półprzewodnikach

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

ĆWICZENIE 2 WYZNACZANIE WYDAJNOŚCI KWANTOWYCH ORAZ CZASÓW ZANIKU LUMINESCENCJI ZWIĄZKÓW W ROZTWORZE ORAZ CIELE STAŁYM, CZ. II.

Podsumowanie W9. Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 12 1

Badanie mechanizmów działania fotouczulaczy - pomiary tlenu singletowego i wolnych rodników

Theory Polish (Poland)

Wykład 12 V = 4 km/s E 0 =.08 e V e = = 1 Å

Opracowanie nowych koncepcji emiterów azotkowych ( nm) w celu ich wykorzystania w sensorach chemicznych, biologicznych i medycznych.

Strangeness in nuclei and neutron stars: many-body forces and the hyperon puzzle

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

Wzmocnienie fluorescencji układu fotosyntetycznego LH2 poprzez kontrolę sprzężenia plazmonowego z nanocząstkami plazmonicznymi

Kształtowanie przestrzenne struktur AlGaInN jako klucz do nowych generacji przyrządów optoelektronicznych

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Fizyka do przodu w zderzeniach proton-proton

Rezonansowe jądrowego rozpraszanie promieniowania synchrotronowego czyli: Druga młodość efektu Mössbauera

Nadprzewodnictwo w nanostrukturach metalicznych Paweł Wójcik Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, AGH

Strukturalne, elektryczne i optyczne właściwości kompleksów i materiałów molekularnych Sprawozdanie za rok 2013

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Z.R. Żytkiewicz IF PAN I Konferencja. InTechFun


Transkrypt:

Perydynina-chlorofil-białko struktura (krystalografia promieni X) Optyka nanostruktur Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-325 Amphidinium carterae E. Hofmann et al., Science (1996) Rekonstytucja Chl a Perydynina-chlorofil-białko 1 Chl a 4 Per monomer PCP τ F =12 ps 1.7 nm (Chl a) 2 -N-PCP T. Brotosudarmo, SM, et al., FEBS Lett. 58 (26) 5257 Chl:Per - 1:4 dominująca absorpcja - karotenoidy słabe oddziaływanie między Chl

Oddziaływanie Chl-Chl Chlorofile 1 Chl a-n-pcp 9 8 7 R2 R1 6 5 4 B A 3 N N 1 2 1 3 Spectrum number M 9 8 N 7 H 6 H H 1 niezależny pomiar fluorescencji z obu Chl w monomerze C E 4 3 dwustopniowy zanik intensywności świecenia słabe oddziaływanie N D 5 O 9 8 O 7 6 O COOCH3 C2H39 5 4 3 64 66 68 7 72 S. Wörmke, SM, et al., BBA - Bioenergetics 1767 (27) 956 Inne typy chlorofilu Pigment Chl a Chl b acchl a T=3 K λex=5 nm (Chl b)2-n-pcp (Chl a)2-n-pcp (acchl a)2-n-pcp T=3 K 1 Chl b Chl b-n-pcp (Chl b)2-n-pcp (Chl a)2-n-pcp (acchl a)2-n-pcp 1 4 Per λex=532 nm Układy z innymi chlorofilami Lifetime Quantum Per to Chl [ns] yield [%] transfer time [ps]1 3.68 24 3.55 1.4 11 9.4 3.86 21 2.55 Extinction Fluorescence coefficient maximum [mm-1 cm-1] [nm] 672 78.8 at 662 nm 651 46.9 at 644 nm 692 65.2 at 667 nm 6 63 66 69 72 75,1 5 1 15 Time [ns] T H.P. Brotosudarmo, SM, et al., Photosynth. Res. 95 (28) 247

Pojedyncze kompleksy Układy dwuchlorofilowe 1 Chl a 8 Per 1 Chl b Chl a-n-pcp Chl b-n-pcp Chl a/chl b-n-pcp S. Wörmke, SM, et al., J. Fluor. 18 (28) 611 T H.P. Brotosudarmo, SM, et al., Photosynth. Res. 95 (28) 247 Układy dwuchlorofilowe fluorescencja chl b chl a+b chl b chl a chl a Fluorescence Absorption chl a widmo wzbudzenia excitation, λdet = 652nm excitation, λdet = 673nm absorpcja Widmo wzbudzenia chl b excitation spectra show energy transfer between Chl a and Chl b 4 5 6 7 chl a+b Förster description chl a+b 67nm 65nm 4 5 6 7 6 62 64 66 68 7 72 74 4 5 6 kt ( r ) = 9(ln 1)κ 2 Φ D 128π 5 N A n 4τ D R 6 FD (λ )ε (λ )λ4 dλ

Widmo wzbudzenia Przekaz energii detekcja Chl a 1 Chl a/b-n-pcp Chl a-n-pcp Chl b FL Chl a ABS Chl b FL Chl a ABS Chl b ABS Chl a FL 6 62 64 66 68 7 135 14 145 15 155 16 165 Energy [cm -1 ] 135 14 145 15 155 16 165 Energy [cm -1 ] 135 14 145 15 155 16 165 Energy [cm -1 ] detekcja Chl b 1 Chl a/b-n-pcp Chl b-n-pcp 6 62 64 66 68 7 Chl b ABS Chl a FL 135 14 145 15 155 16 165 Energy [cm -1 ] 2 9(ln1) κ Φ D kt ( r) = F 5 4 6 128π N n τ R A D Förster transfer times D 4 ( λ) ε ( λ) λ dλ k F AB = 47 (ps)-1 k F BA = 31 (ps)-1 Rozkład obsadzeń Pojedyncze kompleksy energy transfer between Chl a and Chl b takes place in both directions with comparable efficiency intensity ratio between Chl a and Chl b: chl a+b equilibrium:.51 Monte Carlo:.64 6 62 64 66 68 7 72 74 6 62 64 66 68 7 72 6 62 64 66 68 7 72 6 62 64 66 68 7 72

Pojedyncze kompleksy Ścieżki przekazu energii 3 Chl a/b-n-pcp Occurence 6 62 energy transfer pathways Chl a/b-n-pcp 64 66 68 7 2 Chl b intensity Chl a intensity 72 Per to Chl energy transfer (T. Polivka, et al., Photosyn. Res. 25) 1 2 4 6 8 k Per-Chla= (3.55 ps)-1 k Per-Chlb= (9.4 ps)-1 1 [arb. units] excitation distribution: equilibrium: 1.3 Monte Carlo: 1.7 Chl a/b-n-pcp Occurence 2 intensity ratio between Chl a and Chl b: 1.9 1 1 2 3 experiment: 1.9 4 Chl a/chl b intensity ratio SM, S. Wörmke, et al., Biophys. J. 93 (27) 3249 Pytanie Zasadnicza idea czy istnieją sposoby wpływania na własności optyczne układów fotosyntetycznych? P. Arger, et al. Phys. Rev. Lett. 26 the presence of metal nanostructure in the vicinity of an emitting dipole strongly affects the optical properties of a fluorophore with no metal metal Chl a-n-pcp T=3K 4 5 6 7 native LH2 T=3K Absorption Absorption absorption fluorescence 4 5 6 7 8 9 M M γ r γ nr γ rm γ nr γ abs γ exc γ exc 1

Zasadnicza idea Teoria quantum yield radiative decay excitation rate P. Arger, et al. Phys. Rev. Lett. (26) Teoria Zasadnicza idea

Tłumienie emisji PCP + Au NPs T. Pons, et al. Nano Lett. 27 (ac-chl a) 2 -N-PCP, emission @ 692 nm energy transfer from NC to NP leads to decrease of the fluorescence and faster decay of the emission PCP + Au NPs PCP + Au NPs (Chl a) 2 -N-PCP, emission @ 672 nm (Chl b) 2 -N-PCP, emission @ 651 nm

PCP + Au NPs Wzmocnienie emisji J. Lee, et al. Nano Lett. 24, Nat. Materials 27 T=3 K λ EX =532 nm (Chl b) 2 -N-PCP (Chl a) 2 -N-PCP (acchl a) 2 -N-PCP 6 63 66 69 72 75 strongest quenching occurs for Chl b reconstituted N-PCP due to largest overlap with the absorption of Au colloid stimulation of photon emission by electromagnetic field generated through plasmons excited in Au NPs Wzmocnienie emisji Wzmocnienie emisji J. Lee, et al. Angew. Chemie Int. Ed. 26 cząstki metaliczne + nanokryształy półprzewodnikowe increase of NW absorption due to plasmonic excitations in Ag nanoparticles

Własności optyczne Wzmocnienie emisji Wyspy srebrne (SIF) Pojedyncze nanokryształy + SIF J. Lakowicz, et al. Analytical Biochem. 22 K. Ray, et al. J. Am. Chem. Soc. 26 K. Ray, et al. J. Am. Chem. Soc. 26 Glass SIF wzrost intensywności fluorescencji

Wyspy srebrne PCP na wyspach srebrnych AFM wyspy o średnicach od 7 do 14 nm i wysokości około 3-4 nm Absorption (arb. units),4,3,2,1 SIF layer on glass coverslip, 3 4 5 6 7 8 Wavelength (nm) Fluorescence (arb. units) Fluorescence (arb. units) 1 5 18 15 12 9 6 3 PCP on SIF PCP on glass PCP on glass x 6 PCP ensemble T=3 K λ EX =532 nm 6 65 7 PCP on SIF PCP on glass PCP on glass x 8.5 PCP ensemble T=3 K λ EX =632 nm 6 65 7 Wavelength (nm) (a) (b) λ exc =532 =632 nm γ Per Chl exc γexc γ ET q silny wzrost intensywności emisji dla kompleksów PCP znajdujących się w pobliżu srebrnych wysp SM, S. Wörmke, et al., Nano Lett. 8 (28) 558 PCP na wyspach srebrnych PCP na wyspach srebrnych Relative 1, (c),8,6 PCP ensemble T=3 K λ EX =532 nm,4 / PCP on glass / PCP on SIF,2 1 2 3 Time (s) 1 5 1 4 1 3 PCP on SIF PCP on glass T=3 K λ EX =53 nm 1 2,,5 1, 1,5 2, Time (ns) wzrost intensywności fluorescencji spowodowany większą absorpcją światła przez kompleks fotosyntetyczny SM, S. Wörmke, et al., Nano Lett. 8 (28) 558 Field Enhancement Factor 1 1 R NP =4 nm =4 nm λ ex Ag 3 35 4 45 5 55 6 65 7 Wavelength (nm) d λ emiss SM, S. Wörmke, et al., Nano Lett. 8 (28) 558

Pojedyncze kompleksy PCP Pojedyncze kompleksy PCP rozkład wielkości wysp srebrnych, odległości między wyspami i kompleksami PCP, a także ich wzajemnej orientacji Occurence Fluorescence (arb. units) 18 16 14 12 1 8 6 4 2 9 6 3 PCP on SIF surface PCP on glass single PCP complexes T=3 K λ EX =532 nm 6 65 7 Wavelength (nm) PCP on SIF, <I>=54 PCP on glass, <I>=9 T=3 K λ EX =532 nm 5 1 15 (b) (a) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Occurence Occurence 16 12 8 4 PCP on SIF surface T=3 K λ EX =532 nm 665 67 675 68 Wavelength (nm) wzmocnienie fluorescencji układu biologicznego pod wpływem oddziaływania z cząstką metalu (c) SM, S. Wörmke, et al., Nano Lett. 8 (28) 558 Plany Przekaz energii nanodrut Ag + pojedyncze kompleksy PCP

Przekaz energii Przekaz energii Przekaz energii Inne sposoby cząstki metaliczne nanokryształy kompleksy fotosyntetyczne native LH2 T=3K hetero-chl PCP 5 Chl a-n-pcp glass Chl b-n-pcp Chl a/b-n-pcp SIF Occurence Fluorescence 4 3 4 5 6 8 9 1 Chl a-n-pcp T=3K av=3,3 sd=,1 av=1,8 sd=,2 7 2 1 6 1.2 1.6 65 2. 2.4 7 2.8 Chl Wavelength a/chl b intensity [nm]ratio 3.2 75 3.6 4 5 6 7