Visió i recerca individual de molècules en el DIPC
Investigadors del Donostia International Physics Center i del Centre de Física de Materials han aconseguit veure, representar i analitzar molècules de manera individual. En dos estudis s'han obtingut imatges de molècules úniques utilitzant diferents tècniques i partint de diferents punts de partida. Totes dues recerques han estat publicades recentment en les revistes Nature i Science.
En la recerca publicada per la revista Science s'han pogut comprovar directament els canvis que sofreix una molècula en una reacció química, és a dir, els processos de ruptura i formació d'enllaços entre els àtoms que la formen. Els investigadors de la Universitat de Califòrnia en Berkeley i de Sant Sebastià han realitzat aquesta recerca conjuntament.
En concret, han adoptat imatges d'alta resolució d'un oligo-enediyne (molècula simple formada per tres anells de benzè units per àtoms de carboni) sobre una superfície plana de plata. La tècnica utilitzada ha estat el microscopi de força atòmica sense contacte (nc-AFM). Aquest microscopi, amb una agulla molt fina en el seu extrem, és capaç de detectar fins i tot les protuberàncies més petites a escala atòmica, com es poden llegir paraules escrites en braille amb gemmes dels dits.
Per a detectar protuberàncies d'aquesta escala, el microscopi consta d'una única molècula de monòxid de carboni (CO) en la punta de l'agulla. “L'àtom de carboni s'uneix a la punta del microscopi i l'àtom d'oxigen es converteix en sensor”, explica Dimas Oteyza, primer autor de l'article i investigador de CFM. És un sensor molt apropiat perquè “d'una banda és petit i per un altre, és inert, estable, és a dir, podem acostar-nos molt a la molècula en estudi sense por de reaccionar amb l'àtom d'oxigen”, ha continuat Oteyza. L'àtom vibra segons el que té sota, i han pogut saber en funció de la freqüència de vibració si el que té sota és un àtom o si l'enllaç entre els àtoms és covalent, així com el tipus d'enllaç covalent, és a dir, si és simple, doble o triple.
A Oteyza li sembla “fascinant” poder veure de primera mà les molècules, i ha assenyalat que ha estat especial, entre altres coses, perquè en època d'estudiant ens les han dibuixat a tots en la pissarra. Perquè ara hem pogut veure allò que hem dibuixat”. De cara als investigadors, també ho veu com una eina per a comprendre millor les reaccions químiques i ajudar en la identificació molecular. “És un avantatge de la capacitat de treball molecular”, afirma.
La llum mira a l'interior d'una molècula
En l'altra recerca s'ha aconseguit el major nivell de resolució aconseguit fins al moment amb llum. La direcció de la recerca ha estat a càrrec d'investigadors de la Universitat Xinesa de Ciència i Tecnologia (USTC), en la qual ha participat l'investigador de CFM i DIPC Javier Aizpurua.
La combinació de microscòpia d'efecte túnel i espectroscopía Raman ha permès representar una sola molècula d'escala inferior a 1 nm. “Al principi no esperàvem aconseguir tal resolució”, reconeix l'investigador del DIPC Javier Aizpurua. De fet, amb la llum en si mateixa, a causa del límit de difracció, no és possible separar objectes menors de 200 nm. “L'espectroscòpia Raman és una tecnologia molt especial que va permetre separar objectes de fins a 10 nm. Nosaltres, no obstant això, hem millorat en deu ocasions aquest nivell de resolució”.
Han hagut de treballar en condicions molt especials per a aconseguir una resolució d'1 nm: El microscopi d'efecte túnel s'ha instal·lat en condicions de buit ultraràpid i a baixa temperatura, combinant-ho amb la gran espectroscòpia superficial Raman. “La suma de tots dos produeix un efecte no lineal del qual tornem a rebre un senyal en tan alta resolució”, explica Aizpurua. En resum, la llum en lloc de colpejar directament contra l'objecte, colpeja contra la punta del microscopi i produeix una vibració en la molècula que té sota. Doncs bé, en sincronitzar aquesta vibració amb la vibració dels electrons extrems del microscopi es pot obtenir un senyal òptic amb una resolució inferior a un nanòmetre.
Aquest nivell de resolució només ha estat possible fins avui mitjançant l'ús d'electrons com sonda. “No obstant això, amb la tècnica actual, a més de la imatge d'alta resolució, podem saber quines molècules estem representant. I és que les molècules, a causa de la seva estructura química, vibra de l'una o l'altra manera”, explica Aizpurua.
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
