Tyske forskere kigger inde i molekyler

At se på individuelle molekyler gennem et mikroskop er en del af nanoteknologers hverdag. Imidlertid, det har hidtil været svært at observere atomstrukturer inde i organiske molekyler. I det anerkendte videnskabelige tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve , Juelich -forskere forklarer deres nye metode, som gør dem i stand til at tage et "røntgenbillede" inde i molekyler. Metoden kan lette analysen af ​​organiske halvledere og proteiner.

For deres blik ind i nanoworld, forskerne i Juelich brugte et scannende tunnelmikroskop. Dens tynde metalspids scanner prøveoverfladen som nålen på en pladespiller og registrerer atomuregelmæssigheder og forskelle på cirka et nanometer (en milliarddel af en millimeter) med små elektriske strømme. Imidlertid, selvom spidsen af ​​mikroskopet kun har bredden af ​​et atom, det har ikke været i stand til hidtil at kigge inde i molekyler.

"For at øge følsomheden for organiske molekyler, vi sætter en sensor og signaltransducer på spidsen, "siger Dr. Ruslan Temirov. Begge funktioner opfyldes af et lille molekyle bestående af to deuteriumatomer, også kaldet tungt brint. Da den hænger fra spidsen og kan flyttes, den følger molekylets konturer og påvirker strømmen, der strømmer fra spidsen af ​​mikroskopet. Et af de første molekyler, der blev undersøgt af Temirov og medarbejdere, var perylen-tetracarboxylsyre-dianhydridforbindelsen. Den består af 26 kulstofatomer, otte brintatomer og seks iltatomer, der danner syv sammenkoblede ringe. Tidligere billeder viste kun et sted med en diameter på cirka et nanometer og uden konturer. Ligesom et røntgenbillede, Juelich scanningstunnelmikroskop viser molekylets honningkamrede indre struktur, som dannes af ringene.

"Det er den bemærkelsesværdige enkelhed ved metoden, der gør den så værdifuld for fremtidig forskning, "siger prof. Stefan Tautz, Direktør ved Institut for Bio- og Nanosystemer ved Forschungszentrum Juelich. Juelich -metoden er blevet indgivet som et patent og kan let bruges med kommercielle scanningstunnelmikroskoper. "De rumlige dimensioner inde i molekyler kan nu bestemmes inden for få minutter, og forberedelsen af ​​prøven er hovedsageligt baseret på standardteknikker, "siger Tautz. I det næste trin, forskerne i Jülich planlægger også at kalibrere den målte strømintensitet. Hvis de lykkes, de målte strømintensiteter kan muliggøre direkte bestemmelse af typen af ​​atomer.

Efter offentliggørelse af første billeder produceret med den nye metode i 2008, forskergruppen i Tautz og Temirov har nu været i stand til at forklare det kvantemekaniske driftsprincip for deuterium ved spidsen af ​​mikroskopet. Deres resultater blev understøttet af computer-assisterede beregninger fra arbejdsgruppen for prof. Michael Rohlfing ved universitetet i Osnabrück. Den såkaldte short-range Pauli-frastødning er en kvantefysisk kraft mellem deuterium og molekylet, som modulerer ledningsevnen og giver os mulighed for at måle de fine strukturer meget følsomt.

Juelich -metoden kan bruges til at måle strukturen og ladningsfordelingen af ​​flade molekyler, der kan bruges som organiske halvledere eller som en del af hurtige og effektive fremtidige elektroniske enheder. Store tredimensionelle biomolekyler såsom proteiner kan undersøges, så snart teknikkerne er blevet forfinet.