Давняя мечта химиков наблюдать структурную динамику отдельной молекулы теперь стала возможной. Отдельные молекулы размером около 1 нанометра (нм, 1 миллиардная часть метра) существуют в летучем состоянии в условиях окружающей среды. Учитывая, что коронавирус, размер которого составляет около 100 нм, быстро распространяется в воздухе, видно, насколько трудно наблюдать за одной молекулой. Недавно корейская исследовательская группа обнаружила надежный способ наблюдать отдельные молекулы при комнатной температуре, накрыв их тонким изолирующим слоем, наподобие одеяла.
Исследовательская группа, возглавляемая профессором Кен Дак Паком и кандидатом наук Мингу Кангом (физический факультет) в POSTECH, в сотрудничестве с профессором Юнг Даг Су (химический факультет) в Ульсанском национальном институте науки и технологий (UNIST), успешно исследовала конформацию (расположение атомов в молекуле) отдельных одиночных молекул при комнатной температуре впервые, что позволяет более подробно рассмотреть структурную динамику одной молекулы, которая является основной единицей всех веществ, включая человека.
Углубленный анализ с использованием сигналов комбинационного рассеяния света, известных как молекулярный "отпечаток пальца", затруднен для молекул, подвергающихся воздействию воздуха, из-за непрерывных химических реакций и молекулярных движений. Чрезвычайно низкая температура (ниже -200 ° C) и условия вакуума широко использовались для исследований с использованием одной молекулы, чтобы предотвратить вышеупомянутые проблемы, однако конфигурации имеют много ограничений с точки зрения технических трудностей и условий окружающей среды.
Чтобы преодолеть это, исследовательская группа поместила одну молекулу на подложку, покрытую тонкой пленкой золота, и покрыла ее очень тонким слоем оксида алюминия (Al2O3) и крепко связал его. Молекула, захваченная между слоями оксида золота и алюминия, изолирована от окружающей среды, что приводит к подавлению химических реакций и молекулярных движений.
Затем иммобилизованную молекулу наблюдают с помощью сверхчувствительной наноскопии с усиленным наконечником, разработанной исследовательской группой. Использование метода позволяет точно обнаруживать слабые оптические сигналы одной молекулы благодаря эффекту оптической антенны острого металлического наконечника. Благодаря этому был преодолен предел разрешения общей оптической микроскопии (приблизительно 500 нм), позволяющий четко различать конформационную неоднородность одиночных молекул размером 1 нм и проверять, находятся ли они вертикально или горизонтально.
Мингу Кан из POSTECH отметил: "В то время как космический телескоп Джеймса Уэбба может наблюдать самую дальнюю точку наблюдаемой Вселенной, чтобы выявить происхождение Вселенной, наша наноскопия для отдельных молекул наблюдает за мельчайшей единицей, чтобы выявить происхождение жизни". Работа может выявить молекулярную конформацию белков и ДНК с разрешением на нанометровом уровне, что приводит к выявлению причины неизлечимых заболеваний и разработке методов лечения таких состояний. Кроме того, покрытие образца тонким слоем может быть легко нанесено при комнатной температуре или даже при более высоких температурах для одномолекулярных исследований и их приложений благодаря простоте процесса.
В исследовании приняли участие профессор Гюнсик Ли и исследователи Элхам Олейки и Хуитэ Чжу из UNIST, доктор Хен Ву Ким и доктор Тэен Эом из Корейского научно-исследовательского института химической технологии (KRICT), а также кандидаты наук Енджон Ку и Хен Ву Ли с физического факультета POSTECH. Исследование было недавно опубликовано в Сообщения о природе и был поддержан Национальным исследовательским фондом Кореи.
Комментарии