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Quantum biological tunnel junction for electron transfer imaging in live cells

量子隧道 电子 生物物理学 电子转移 化学 纳米技术 物理 细胞生物学 生物 材料科学 光电子学 光化学 量子力学
作者
Hongbao Xin,Wen Jing Sim,Bumseok Namgung,Yeonho Choi,Baojun Li,Luke P. Lee
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:10 (1) 被引量:50
标识
DOI:10.1038/s41467-019-11212-x
摘要

Abstract Quantum biological electron transfer (ET) essentially involves in virtually all important biological processes such as photosynthesis, cellular respiration, DNA repair, cellular homeostasis, and cell death. However, there is no real-time imaging method to capture biological electron tunnelling in live cells to date. Here, we report a quantum biological electron tunnelling (QBET) junction and its application in real-time optical detection of QBET and the dynamics of ET in mitochondrial cytochrome c during cell life and death process. QBET junctions permit to see the behaviours of electron tunnelling through barrier molecules with different barrier widths. Using QBET spectroscopy, we optically capture real-time ET in cytochrome c redox dynamics during cellular apoptosis and necrosis in living cells. The non-invasive real-time QBET spectroscopic imaging of ET in live cell open a new era in life sciences and medicine by providing a way to capture spatiotemporal ET dynamics and to reveal the quantum biological mechanisms.

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