ספקטרום רטט אינפרא אדום של חלבון בודד נצפה באמצעות טכניקות מדידה מתקדמות המבוססות על מיקרוסקופיה אופטית בשדה קרוב. שיטה זו משתמשת באור מוגבל בקנה מידה ננומטרי, מה שמאפשר ניתוח מפורט של דגימות קטנות במיוחד, שהיה מאתגר בעבר עם ספקטרוסקופיה אינפרא אדום קונבנציונלית. ההישג מייצג התקדמות גדולה לקראת חידושים טכנולוגיים כגון הדמיה אינפרא אדום רגישה במיוחד וברזולוציה סופר, כמו גם ספקטרוסקופיה רטט של מולקולה אחת.
ספקטרוסקופיה אינפרא אדום נמצאת בשימוש נרחב לניתוח מבני וכימי של חומרים שונים, שכן היא יכולה למדוד ספקטרום רטט, המכונה לעתים קרובות "טביעות אצבע מולקולריות". ההתפתחות המהירה של הננוטכנולוגיה בשנים האחרונות הובילה לביקוש הולך וגובר לרגישות גבוהה במיוחד והדמיית אינפרא אדום ברזולוציה סופר. עם זאת, ספקטרוסקופיה אינפרא אדום קונבנציונלית מוגבלת במדידת דגימות קטנות במיוחד או בהשגת רזולוציה מרחבית בקנה מידה ננומטרי. לדוגמה, אפילו מיקרוספקטרוסקופיה אינפרא אדום עם רגישות טובה דורשת למעלה ממיליון חלבונים להשגת ספקטרום אינפרא אדום, מה שהופך את זה לבלתי אפשרי למדוד רק חלבון בודד.
צוות מחקר בינתחומי, בראשות ג'ון נישידה (עוזר פרופ') וטקאשי קומגאי (פרופ' עמית) במכון למדע מולקולרי, צפה בהצלחה בספקטרום רטט של חלבונים בודדים, המורכבים מ-500 שאריות חומצות אמינו, תוך שימוש בטכניקות מדידה מתקדמות המבוססות על על מיקרוסקופיה אופטית של שדה קרוב. שיטה זו משתמשת באור מוגבל בקנה מידה ננומטרי, המאפשר ניתוח מפורט של דגימות קטנות במיוחד, דבר המאתגר עם ספקטרוסקופיה אינפרא אדום קונבנציונלית.
במחקרם, צוות המחקר בודד חלבון בודד, תת-יחידה הכוללת קומפלקס חלבון בשם F1-ATPase, על מצע זהב וביצע מדידות ספקטרוסקופיה אינפרא אדום בשדה קרוב בסביבת הסביבה. הם רכשו בהצלחה את ספקטרום הרטט האינפרא אדום של חלבון בודד, המייצג התקדמות גדולה שעשויה להוביל לאפיון ארגונים מבניים מקומיים של חלבונים בודדים. מידע כזה חשוב במיוחד להבנת הפונקציות המתוחכמות של מתחמי חלבון וחלבוני ממברנה, ומציע תובנות עמוקות יותר לגבי המנגנונים והאינטראקציות שלהם. יתר על כן, הם פיתחו מסגרת תיאורטית חדשה המתארת את יחסי הגומלין הננומטריים בין שדה האינפרא אדום לחלבון. בהתבסס על התיאוריה, הצוות הצליח לשחזר כמותית את ספקטרום הרטט הניסיוני שהם צפו. תוצאות אלו יהיו יקרות ערך עבור ניתוח כימי של ביומולקולות כמו גם של ננו-חומרים שונים, וסללו את הדרך למגוון יישומים של ספקטרוסקופיה אינפרא אדום בקנה מידה ננו.
