На эту работу можно ссылаться, ее адрес в интернете:          www.biophys.ru/archive/pushino2011/abstr-p1.htm

Четырехфотонная лазерная спектроскопия водных растворов биомолекул и наночастиц в микроволновом диапазоне частот

А.Ф. Бункин

Научный центр волновых исследований Института общей физики  им. А.М.Прохорова, РАН, Москва, 119991, ул. Вавилова, 38.

abunkin@rambler.ru

Спектроскопия четырехфотонного рассеяния (ЧФР) была применена для регистрации вращательных резонансов молекул H₂O и H₂O₂ в водных растворах белков, ДНК, денатурированной ДНК и углеродных нанотрубок в диапазоне ±250 cм^-1 со спектральным разрешением 3 ГГц (0.1 cм^-1). Метод состоит в фазировании в макроскопическом объеме гиперзвуковых и ориентационных движений молекул с помощью двух лазерных волн с частотами w₁ и w₂,, разность которых (w₁ - w₂) сканируется в микроволновом диапазоне. Измеряемым параметром является состояние поляризации излучения на частоте w_s=w₁-(w₁-w₂), нелинейный источник которого:

P_i⁽³⁾=6c_ijkl⁽³⁾(w_s;w₁;w₂;-w₁) E_j⁽¹⁾E_k⁽²⁾E_l^(1)*             (1)

Здесь c⁽³⁾ – кубическая восприимчивость среды, пропорциональная корреляционной функции флуктуаций оптической анизотропии, E⁽¹⁾ и E⁽²⁾ - амплитуды взаимодействующих полей, а интенсивность регистрируемого сигнала .

В спектрах зарегистрированы резонансы вращательного спектра молекулы Н₂О₂, а также орто- и пара-изомеров молекулы Н₂О. Обнаружен значительный рост резонансного вклада вращательных переходов этих молекул в растворе по сравнению с дистиллированной водой. Этот факт может быть интерпретирован как проявление специфических свойств гидратного слоя на границе воды с биомолекулами и углеродными нанотрубками. Анализ спектров ЧФР показал, что концентрация молекул H₂O₂ в гидратном слое молекулы ДНК выросла в 3 раза после денатурации. Были получены спектры ЧФР водных растворов белка a-химотрипсин в спектральном диапазоне ± 7 cм^-1 и концентрациях от 0 до 20 мг/cм³. Обнаружено, что скорость гиперзвука водного раствора белка, измеряемая по сдвигу компонент Мандельштама-Бриллюэна (МБ) в спектре рассеяния, имеет кубическую зависимость от концентрации и достигает 3000 м/с при 20 мг/cм³.

Рис. 1. Экспериментальный (1) (квадраты) и расчетный (2) ЧФР спектры водного раствора ДНК (15 мГ/cм^3), а также экспериментальный (3) (треугольники) и расчетный (4) (сплошная кривая) спектры ЧФР водного раствора денатурированной ДНК при той же концентрации. Стрелки обозначают вращательные резонансы молекул H2O2, H2O, и резонансы МБ.

© Труды научного симпозиума «Молекулярная структура воды и ее роль в механизмах биоэлектромагнитных явлений» (5-8 июля 2011 г. Пущино-на-Оке).

При цитировании или перепечатывании ссылка обязательна.