양자 물리학자 마르쿠스 아렌트(비엔나 대학교)가 이끄는 국제 연구팀은 단백질 이온 검출에 큰 진전을 이루었습니다. 높은 에너지 감도로 인해 초전도 나노와이어 검출기는 거의 100%의 양자 효율을 달성하고 검출 효율을 초과합니다. 기존 이온. 1000배만큼 낮은 에너지를 사용하는 검출기. 기존 검출기와 달리 충격 에너지로 큰 분자를 구별할 수도 있습니다. 이를 통해 단백질을 보다 민감하게 검출할 수 있으며 질량 분석법에 대한 추가 정보를 제공합니다. 이번 연구 결과는 최근 사이언스 어드밴스(Science Advances) 저널에 게재됐다.

거대분자의 발견, 식별 및 분석은 단백질 연구, 진단 및 분석을 포함한 생명과학의 여러 분야에서 관심을 끌고 있습니다. 질량 분석법은 검출 시스템으로 자주 사용됩니다. 이 방법은 일반적으로 질량 대 전하 비율에 따라 하전 입자(이온)를 분리하고 검출기에 의해 생성된 신호의 강도를 측정합니다. 이는 다양한 유형의 이온의 상대적 존재비와 그에 따른 시료 구성에 대한 정보를 제공합니다. 그러나 기존 검출기는 충격 에너지가 높은 입자에 대해서만 높은 검출 효율과 공간 분해능을 달성할 수 있었으며, 이제 초전도 나노와이어 검출기를 사용하는 국제 연구진이 이 한계를 극복했습니다.

힘이 결합된 저에너지 입자

현재 연구에서 델프트(Single Quantum), 로잔(EPFL), 알미어(MSVision), 바젤(대학)의 파트너와 함께 비엔나 대학이 조정한 유럽 컨소시엄이 처음으로 초전도 나노와이어의 사용을 시연했습니다. 초전도 나노와이어로서. 소위 사중극자 질량 분석기의 탁월한 단백질 밴드 검출기입니다. 분석할 샘플의 이온은 4중극자 질량 분석기로 공급되어 필터링됩니다. “이제 기존 탐지기 대신 초전도 나노와이어를 사용하면 낮은 운동 에너지로 탐지기에 부딪히는 입자도 식별할 수 있습니다”라고 비엔나 대학 물리학부 양자 나노물리학 그룹의 프로젝트 리더인 Markus Arendt는 설명합니다. 이는 나노와이어 탐지기의 특별한 물리적 특성(초전도성) 덕분에 가능합니다.

초전도성을 이용해 목표 달성

이 감지 방법의 핵심은 나노와이어가 매우 낮은 온도에서 초전도 상태에 들어가 전기 저항을 잃고 손실 없이 전류가 흐르게 한다는 것입니다. 들어오는 이온에 의해 초전도 나노와이어가 여기되면 정상적인 전도 상태(양자 전이)로 돌아갑니다. 이러한 변환 동안 나노와이어의 전기적 특성의 변화는 감지 신호로 해석됩니다. 제1저자인 Marcel Strauss는 “우리의 나노와이어 검출기를 사용하여 초전도성에서 일반 전도성 상태로의 양자 전이를 활용하여 기존 이온 검출기보다 최대 3배 더 뛰어난 성능을 발휘할 수 있습니다.”라고 말했습니다. 실제로 나노와이어 검출기는 매우 낮은 충격 에너지에서 놀라운 양자 수율을 가지며 기존 검출기의 기능을 재정의합니다. “또한 이 양자 센서에 적합한 질량 분석기는 전하 상태의 질량에 따라 분자를 구별할 수 있을 뿐만 아니라 질량과 전하 상태에 따라 분자 사이에.” Marcel Strauss는 “이것은 또한 운동 에너지에 따라 분류합니다. 이는 감지를 향상시키고 더 나은 공간 분해능의 가능성을 제공합니다.”라고 말했습니다. 나노와이어 검출기는 특히 낮은 충격 에너지에서 고효율과 우수한 분해능이 필요한 질량 분석법, 분자 분광학, 분자 수차법 또는 분자의 양자 간섭계에서 새로운 응용 분야를 찾을 수 있습니다.

팀 및 재무

Single Quantum은 초전도 나노와이어 검출기 연구를 이끌고, EPFL-Lausanne의 전문가는 초저온 전자 제품을 제공하고, MSVISION은 질량 분석을 전문으로 하며, 바젤 대학의 전문가는 화학 합성 및 단백질 활성화를 담당합니다. 비엔나 대학은 양자 광학, 분자빔 및 초전도성에 대한 전문 지식과 함께 모든 요소를 ​​결합합니다.

이 연구는 질량 분석 및 분자 분석을 위한 초전도 검출기 연구에 전념하는 SuperMaMa 프로젝트(860713)의 일환으로 유럽 위원회의 자금 지원을 받았습니다. Gordon and Betty Moore 재단(10771)의 자금 지원은 변형된 단백질 분석에 기여했습니다.

원래 게시물:

단일 분자 검출은 거대분자 이온빔에 매우 민감합니다. 마르셀 스트라우스, 아르민 샤에기, 마틴 F. 모니크. Jeffers, Ronan Görges, Nima Kalhor, Andreas Fognini 및 Markus Arendt. 과학적 진보 2023.

디지털 ID: 10.1126/sciadv.adj2801

사진, 그림:

그림 1: 비엔나 대학의 SuperMaMa 연구실 전경. 매달린 금도금 액세서리는 초전도 나노와이어 탐지기가 장착되는 방사선 차폐입니다. 답변: Quantennanophysik @ Universität Wien

그림 2: 초전도 나노와이어를 사용한 단일 단백질 계산. 배경과 나노와이어는 Genetic Fill AI를 사용하여 Photoshop에서 변경됩니다. (인간 인슐린 PDB:3I40). C: CC BY-ND 4.0 비엔나 양자 나노물리학 대학교.