Исследователи из Китая использовали обычный белок для создания оптических линз, диаметр которых составляет десятые доли микрометра. Фокусировка таких линз может изменяться просто за счет изменения значения pH окружающей среды.

Исследователи предполагают, что линзы такого типа могут оказаться полезными в качестве оптических компонентов миниатюрных лабораторий или для создания систем «искусственный глаз».

Члены научной группы Хонь Бо Суна (Hong-Bo Sun) и Вен-Фей Доня (Wen-Fei Dong) из Университета Цилинь облучали лазерными импульсами раствор бычьего сывороточного альбумина, содержащий помимо белка фотосенсибилизатор метиленовый синий. Взаимодействие энергии лазера с красителем приводило к образованию свободных радикалов, инициировавших поперечную сшивку молекул белка и образование гидрогеля.

Компьютерный контроль интенсивности и частоты импульсов позволил сформировать в растворе микролинзы.

Основное достижение в работе китайских ученых заключалось в таком конфигурировании системы, которое позволяло создать ровную поверхность линзы. Все предпринятые ранее попытки приводили к тому, что поверхность подобного рода объектов характеризовалась большим количеством неровностей. Оптимизация свойств лазерного излучения, а также концентрации белка позволило исследователям получить оптические линзы с исключительно ровной поверхностью, способной к фокусировке света.

Рис. 1. Вертикальное и латеральное изображения
трехмерного рельефа и вызванной изменением рН
обратимой деформации белковой микроструктуры.
Изображения получены с помощью сканирующего
электронного микроскопа. (Рисунок из Angew. Chem.,
Int. Ed., 2011, DOI: 10.1002/anie.201105925).

Более того, оптические свойства белковых линз меняются в зависимости от рН окружающей среды. Дело в том, что сшитые белковые микроструктуры содержат кислотные и основные группы в боковых цепях, изменение рН среды может приводить к протонированию и депротонированию этих групп, что приводит к изменению характера электростатических взаимодействий между нитями белка, их набуханием и сжатием.

Такие изменения приводят к изменениям объема всей микростуктуры и, следовательно, ее показателя преломления. Таким образом, изменение значения рН позволяет менять фокусировку микролинзы.

Сун отмечает, что разработанный в его группе подход может оказаться полезным для применения белков в качестве материалов для получения функциональных устройств, особенно – фотонных систем, поскольку структурное разнообразие белков позволяет значительно эффективнее варьировать физические свойства получаемых из них материалов для создания.

Райан Хилл (Ryan Hill) из Университета, специалист по работе с белковыми микроструктурами отмечает, что работа Суна представляет собой замечательный пример по получению микролинз из белкового материала.