Solcreme til dansende molekyler

Da livet for det meste er baseret på vand, vores molekyler bevæger sig, vibrerende og saltomortaler i et flydende miljø. Men elektronmikroskopi - en teknik til at studere en statisk version af denne nanoverden - har været næsten umulig at bruge til at se bevægelige molekyler, fordi den indfaldende elektronstråle beskadiger prøverne. Forskere ved Center for blødt og levende stof, inden for Institut for Grundvidenskab (IBS), rapporterer en større forbedring på dette område.

Dette studie, udgivet i ACS Nano , er den første til at bruge tungt vand (D ₂ O) - en form for vand, der indeholder deuterium (D) i stedet for brint - inden for transmissionselektronmikroskopi (TEM). Denne tilgang forsinker prøveskader betydeligt, hvilket er en af ​​de største hindringer for bredere anvendelse af væskefase TEM til skrøbelige biologiske prøver.

I elektronmikroskopi, elektroner udsendt mod prøven har en meget kortere bølgelængde end lys, så de er bedre egnede til at give information om enkelte molekyler. På den anden side, elektronstrålen er ekstremt kraftig og risikerer at beskadige prøven på grund af dens høje energi, som genererer en elektrisk ladning og bryder de kemiske bindinger.

IBS-forskere brugte en lille lomme fyldt med væske, der var klemt mellem atomisk tynde plader af grafen, inden for hvilken prøvemolekylerne er frie til at bevæge sig og er beskyttet mod elektrisk opladning, og testede flere typer væsker for at finde den, der bevarer prøven længere. "I modsætning til den almindelige tilgang med at reducere elektronstrålens energi for at forsinke prøveskader, vi fokuserede på at indstille miljøet - det vand, hvori molekylerne af interesse opløses, " siger Huan Wang, medforfatter til undersøgelsen.

IBS -forskere har vist, at brug af tungt vand har flere fordele i forhold til konkurrerende metoder. D ₂ O mest effektivt forsinker ikke kun dannelsen af ​​gasbobler, men også strukturel beskadigelse af individuelle polymermolekyler. Sammenlignet med H ₂ Åh, D ₂ O har en neutron mere, hvilket betyder, at den er tungere, dermed sværere at adskille i radikale, og mindre reaktiv i den efterfølgende skadesproces.

"Tungt vand overgår de konkurrerende metoder med en faktor på mindst to til fem, " sagde Kandula Hima Nagamanasa, medforfatter til undersøgelsen. "Da bobledannelsen er forsinket, og molekylerne var synlige dobbelt så længe."

En lige så vigtig fordel er, at D ₂ O er en harmløs solcreme. prøven, en polymer af polystyrensulfonat i dette tilfælde, viste det samme mønster af dynamik og lignende kontrast i D ₂ O og i vand.

"I fremtiden, vi planlægger at udvide denne undersøgelse til mere komplekse makromolekyler, som DNA og proteiner, " forklarede Steve Granick, direktør for IBS-centret og tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "I øvrigt, undersøgelsen åbner muligheder for at observere langsigtede fænomener i andre relaterede mikroskopiteknikker, ligesom cryoEM (kryogen elektronmikroskopi), og for at få mere statistisk information om komplekse fænomener, som selvsamling af enkelte molekyler til mere komplekse biologiske strukturer."