El notorio asfixiante monóxido de carbono tiene pocos verdaderos admiradores, pero es favorecido por la Universidad de California, Científicos de Irvine que lo utilizan para estudiar otras moléculas.

Con la ayuda de un microscopio de efecto túnel, Los investigadores del Centro de Química de la UCI en el límite del espacio-tiempo emplearon el compuesto diatómico como sensor y transductor para sondear y tomar imágenes de muestras. obteniendo una cantidad de información sin precedentes sobre sus estructuras, enlaces y campos eléctricos. Los hallazgos fueron publicados en Avances de la ciencia .

"Usamos esta técnica para mapear, con resolución espacial submolecular, la información química dentro de una molécula, "dijo el coautor V. Ara Apkarian, Director de CaSTL y profesor de química de la UCI. "Poder ver el funcionamiento interno de las unidades básicas de toda la materia es realmente asombroso, y es uno de los principales objetivos que hemos perseguido en CaSTL durante más de una década ".

Para lograr estos resultados, Los científicos de CaSTL adjuntaron una sola molécula de monóxido de carbono al extremo de una aguja de plata afilada dentro del endoscopio. Iluminaron la punta con un láser y rastrearon la frecuencia vibratoria del enlace de CO adjunto a través del llamado efecto Raman, lo que conduce a cambios en el color de la luz dispersada desde la unión.

El efecto es débil, solo una parte por mil millones más o menos, según Kumar Wickramasinghe, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la UCI y miembro veterano de la facultad de CaSTL que no participó en este estudio. Pero la punta de la aguja en el microscopio de efecto túnel actúa como un pararrayos, amplificando la señal en 12 órdenes de magnitud. Al registrar pequeños cambios en la frecuencia vibratoria del enlace de CO a medida que se acerca a las moléculas objetivo, los investigadores pudieron trazar un mapa de las formas y características moleculares debido a las variaciones en las cargas eléctricas dentro de una molécula.

Las moléculas probadas en los experimentos fueron metaloporfirinas, compuestos que se encuentran en la sangre humana y la clorofila vegetal que se explotan ampliamente en las tecnologías de visualización.

Las imágenes capturadas proporcionaron detalles sin precedentes sobre la metaloporfirina objetivo, incluyendo su cargo, polarización intramolecular, fotoconductividad local, Enlaces de hidrógeno resueltos atómicamente y ondas de densidad de electrones superficiales:las fuerzas que dictan la funcionalidad y la transformación estructural de las moléculas. En otras palabras, química.

"El profesor Apkarian y su grupo tienen, por primera vez, creó un instrumento que puede mapear campos eléctricos locales a nivel submolecular, "dijo Wickramasinghe, OMS, como miembro de IBM, fue uno de los principales inventores del primer microscopio de fuerza atómica del mundo. "El paso principal que ha dado el equipo es haber hecho posible mapear las distribuciones del campo eléctrico dentro de una sola molécula utilizando el efecto Raman, que es un logro notable ".

Según el autor principal Joonhee Lee, Químico investigador de CaSTL, Uno de los resultados clave de los experimentos fue la elucidación de la superficie del potencial electrostático de la molécula de metaloporfirina, básicamente, su forma funcional, que hasta hace poco había sido una construcción teórica. Dijo que la capacidad de determinar esto será particularmente beneficiosa en futuros estudios de macromoléculas, como las proteínas.

Este trabajo pertenece al reino de lo puro, investigación científica fundamental, Lee señala, pero cree que puede haber algunas aplicaciones prácticas para los sistemas electromecánicos de una sola molécula en un futuro próximo.

"Los sistemas microelectromecánicos se implementan en tecnologías actuales como los teléfonos inteligentes. Toman su nombre de la escala de tamaño de micras de tales dispositivos; una micra es una centésima parte del tamaño de un cabello humano, "Dijo Lee." Los sistemas electromecánicos de una sola molécula son 10, 000 veces más pequeño. Imagínese si nuestros dispositivos miniaturizados usaran circuitos a esa escala ".