Nøgne molekyler, der danser i væske, bliver synlige

At fange molekylers bevægelse er ikke en let opgave. Forskere ved Center for bløde og levende ting, inden for Institute for Basic Science (IBS) var i stand til at observere bevægelsen af ​​molekyler, der er lagret inde i en grafenlomme, uden at det er nødvendigt at plette dem. Udgivet i Avancerede materialer , denne undersøgelse baner vej for at observere dynamikken i livets byggesten, ligesom proteiner og DNA, samt selvmontering af andre materialer.

En tredjedel af diameteren på et menneskehår er omtrent den mindste størrelse, menneskelige øjne kan se uden hjælp. For at skelne små objekter, vi har brug for mikroskoper. Vi kan sætte pris på celler og bakterier med optiske mikroskoper, mens vira og molekyler kun er synlige under et elektronmikroskop. I sidstnævnte, billeder dannes af elektroner, der er skudt på en prøve. Da elektroner har en meget kortere bølgelængde i forhold til lys, elektronmikroskopi giver en meget større forstørrelse end optisk mikroskopi. Imidlertid, elektronstrålen ødelægger prøven, og hvis der er vand, det har en tendens til at nedbrydes til bobler. Derfor, elektronmikroskopi er velegnet til visualisering af inert, døde prøver, mens levende materiale er kemisk låst på plads.

IBS-forskere brød denne regel og visualiserede ikke-faste kæder af atomer, kaldet polymerer, svømning i en væske inde i grafenlommer. Disse består af 3-5 grafenlag i bunden og to ovenpå. Arkene er uigennemtrængelige for små molekyler, og forhindrer også, at elektronstrålen øjeblikkeligt skader prøven:forskerne havde i gennemsnit 100 sekunder til at beundre den dynamiske bevægelse af individuelle polymermolekyler, før disse blev ødelagt af elektronstrålen. I løbet af disse værdifulde sekunder, molekyler ændrer position, omarrangere eller "spring rundt." "Det var fantastisk at se disse fleksible organiske makromolekyler danse rundt, "siger Hima Nagamanasa, første medforfatter af papiret. "Molekyler bevæger sig meget hurtigere i bulk. Vi var overraskede over at se, at de bevæger sig langsommere her. Vi mener, at fastgørelse til lommens overflade fungerede til vores fordel for at bremse dem, uden det ville vi nok bare se et sløret billede. "

Tidligere har forskere havde brug for at plette prøver med metal- eller farvestofmolekyler for at gøre dem synlige inde i grafenlommen. Metal har høj refleksibilitet, hvilket betyder, at det kan skinne, så det kan bruges til at få gode billeder. Imidlertid, de kemiske bindinger mellem prøven og metallet eller farvestoffet ændrer egenskaberne ved prøvemolekylet. I dette studie, grafenlommen er tynd nok til, at dens indhold kan observeres i realtid uden nogen farvning.

I særdeleshed, forskerne arbejdede med to polymerer:en med svovl, polystyrensulfonat, og en uden, polyethylenoxid. Dette gav dem mulighed for at vise, at kontrasten under mikroskopet stammer fra polymerstrukturen - fremstillet af carbon- og hydrogenatomer - frem for svovl. "De fleste molekyler produceret af levende organismer har en rygrad lavet af kulstof og brint, og derfor håber vi at udvide denne forskning til at studere interaktioner mellem DNA og proteiner, "forklarer den første medforfatter Huan Wang. Desuden, da forskerne brugte et standard elektronmikroskop, de forventer, at denne teknik vil blive brugt i andre laboratorier.