Descoperire Științifică Revoluționară: Proteine Fluorescente Transformate în Qubiți Biologici pentru Senzori Celulari Quantum

Proteinele fluorescente pot fi transformate în qubiți, adică unități de informație pentru calculatoarele cuantice, direct în interiorul celulelor. Această inovație ar putea deschide noi orizonturi în înțelegerea biologiei la nivel nanoscopic.

O echipă de cercetători de la Universitatea din Chicago a reușit să transforme o proteină fluorescentă într-un qubit biologic care poate fi integrat direct într-o celulă. Acest qubit poate fi folosit pentru detectarea semnalelor magnetice și electrice din interiorul celulei. Descoperirea a fost detaliată într-un articol publicat pe 20 august în revista Nature.

“Descoperirile noastre nu doar că deschid noi căi pentru senzori cuantici în sistemele vii, dar introduc și o abordare radical diferită în designul materialelor cuantice,” a declarat Peter Maurer, co-investigator principal și profesor asistent de inginerie moleculară la UChicago. “Mai exact, putem acum să utilizăm instrumentele evoluției și auto-asamblării naturale pentru a depăși unele dintre obstacolele tehnologiei cuantice bazate pe spin.”

Această cercetare propune utilizarea qubiților biologici, care pot fi integrați în celule folosind proteine deja utilizate în microscopie, evitând astfel necesitatea de a adapta dispozitivele cuantice existente pentru utilizare în sisteme biologice. Aceasta ar putea duce, în final, la dezvoltarea senzorilor cuantici care nu necesită răcirea extremă și izolarea obișnuită necesare tehnologiei cuantice.

Proteinele fluorescente, întâlnite în diverse organisme marine, absorb lumina la o lungime de undă și o emit la alta, mai lungă, ceea ce le permite unora dintre meduze să lumineze, de exemplu. Astfel, biologii le folosesc pentru a marca celulele prin codificare genetică și fuziune de proteine.

Cercetătorii au descoperit că fluoroforul din aceste proteine, care permite emiterea luminii, poate fi folosit ca qubit datorită stării sale metastabile triplet, unde o moleculă absoarbe lumină și trece într-o stare excitată cu doi electroni de înaltă energie în spin paralel. Aceasta durează o perioadă scurtă înainte de a decădea. În termeni mecanico-cuantici, molecula este într-o suprapoziție de mai multe stări deodată, până când este observată direct sau perturbată de o interferență externă.

Pentru a exploata această proprietate, cercetătorii au dezvoltat un microscop confocal personalizat – un sistem optic ce folosește lumina laser pentru a produce imagini de înaltă rezoluție ale probelor biologice – pentru a aborda optic starea de spin a proteinelor fluorescente galbene îmbunătățite (EYFP) și a le utiliza ca qubiți în proteine purificate, celule renale umane și bacterii E.coli.