Por primera vez, un químico de la Universidad de Michigan ha utilizado el entrelazamiento cuántico para examinar las estructuras de las proteínas, un proceso que requiere solo una cantidad muy pequeña de fotones de luz.

Tradicionalmente, Los científicos han utilizado potentes microscopios de barrido láser para estudiar proteínas a escala molecular. Pero los láseres tradicionales presentan dos problemas. Primero, la intensidad del láser puede dañar la muestra examinada. Segundo, el láser dispara la muestra con fotones, que luego se dispersan lejos del objetivo.

En lugar de, El profesor de química de la U-M Theodore Goodson y el método de su equipo de utilizar el entrelazamiento cuántico utiliza solo una pequeña cantidad de fotones para aprender sobre las moléculas. En este caso, el equipo estudió flavinas, un grupo de enzimas críticas para el metabolismo energético en el cuerpo.

El entrelazamiento cuántico es la idea de que las propiedades de un par o grupo de partículas dependen unas de otras, incluso si las partículas están separadas por grandes distancias. Por ejemplo, si una partícula gira en el sentido de las agujas del reloj, el otro en su par girará en sentido contrario, si están enredados. Esta relación persiste incluso si las partículas están a miles de kilómetros de distancia, Dijo Goodson.

"Resulta que si tienes fotones entrelazados, ese alto grado de correlación puede interactuar con moléculas de proteínas de una manera diferente que si no están entrelazadas, ", Dijo Goodson." Somos capaces de sondear las propiedades de las proteínas con un número extremadamente pequeño de fotones ".

Los fotones entrelazados se producen enviando luz láser a través de un cristal no más grande que la punta de una uña. Cuando la luz viaja a través del cristal de cierta manera, algunos de los fotones se entrelazan. Estos pares entrelazados se utilizan luego para examinar las moléculas objetivo.

Estos fotones excitan estados electrónicos en la proteína. Basado en la radiación electromagnética que emite la molécula cuando es excitada por los fotones, Goodson puede determinar propiedades específicas sobre la molécula, un método llamado espectroscopia.

El número de fotones necesarios para la espectroscopia de fotones entrelazados es extraordinariamente bajo en comparación con los métodos tradicionales de espectroscopia láser.

"¿Te imaginas hacer una investigación en la que puedas usar 10 órdenes de magnitud menos de fotones para sondear la característica particular de un material, muestra biológica, ¿O una cantidad muy pequeña de una sustancia química en una superficie? ”, dijo Goodson.

Usando este método, Goodson y su equipo pudieron ver una nueva interacción dentro de una proteína flavina. Mirando las flavoproteínas, el equipo pudo ver diferencias en su espectroscopía usando entrelazamiento cuántico en comparación con el uso de luz clásica.

El método abre nuevas vías para la microscopía de imágenes, Dijo Goodson. Observar a los fotones entrelazados interactuar con las moléculas de las proteínas puede enseñar a los científicos algo nuevo sobre los estados electrónicos de estas moléculas.

"Por ejemplo, en la fotosíntesis, cuando los fotones proporcionan energía para el centro de reacción fotosintética, el mecanismo de este efecto podría mejorarse mediante el uso de luz cuántica, ", dijo." Con un proceso de excitación de fotones entrelazados, puede ser posible optimizar y mejorar los procesos de transferencia de energía en los sistemas biológicos. Esto podría conducir a nueva información sobre los procesos químicos y biológicos en estos complejos biológicos naturales ".

Próximo, el grupo espera estudiar las propiedades de moléculas orgánicas y biológicas utilizando fotones entrelazados en un microscopio. Los coautores del estudio incluyen a Juan Villabona-Monsalve y Oleg Varnavski en el Departamento de Química de la U-M y Bruce Palfey en el Departamento de Química Biológica de la U-M.