El sueño de los químicos de observar la dinámica estructural de una sola molécula ahora se ha hecho posible. Las moléculas individuales con un tamaño de aproximadamente 1 nanómetro existen en un estado volátil en condiciones ambientales. Teniendo en cuenta que el coronavirus, que tiene un tamaño de unos 100 nm, se propaga rápidamente en el aire, muestra lo difícil que es observar una sola molécula. Recientemente, un equipo de investigación coreano descubrió una forma confiable de observar moléculas individuales a temperatura ambiente al cubrirlas con una fina capa aislante, como una manta.

El equipo de investigación dirigido por el profesor Kyoung-Duck Park y Ph.D. El candidato Mingu Kang (Departamento de Física) en POSTECH, en colaboración con el profesor Yung Doug Suh (Departamento de Química) en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), ha probado con éxito la conformación (disposición de los átomos en una molécula) de moléculas individuales a temperatura ambiente por primera vez, proporcionando una mirada más cercana a la dinámica estructural de una sola molécula, que es la unidad básica de todos los asuntos, incluidos los humanos.

El análisis en profundidad utilizando señales de dispersión Raman, conocidas como "huellas dactilares" moleculares, es difícil para las moléculas expuestas al aire debido a las continuas reacciones químicas y los movimientos moleculares. Se han utilizado ampliamente temperaturas extremadamente bajas (por debajo de -200 °C) y condiciones de vacío para los estudios de una sola molécula para evitar los problemas antes mencionados, aunque las configuraciones tienen muchas limitaciones en términos de dificultades técnicas y condiciones ambientales.

Para superar esto, el equipo de investigación colocó una sola molécula sobre un sustrato recubierto con una fina película de oro y la cubrió con una capa muy fina de óxido de aluminio (Al₂ O₃ ). La molécula atrapada entre las capas de óxido de aluminio y oro se aísla de su entorno, lo que conduce a reacciones químicas suprimidas y movimientos moleculares.

Luego, la molécula inmovilizada se observa a través de la nanoscopia mejorada con punta ultrasensible desarrollada por el equipo de investigación. El uso del método permite la detección precisa de señales ópticas débiles de una sola molécula, debido al efecto de antena óptica de la punta de metal afilada. A través de esto, se superó el límite de resolución de una microscopía óptica general (aproximadamente 500 nm) para distinguir claramente la heterogeneidad conformacional de moléculas individuales de 1 nm de tamaño y verificar si están en posición vertical u horizontal.

Mingu Kang de POSTECH dice que "mientras que el telescopio espacial James Webb puede observar el punto más lejano del universo observable para revelar el origen del universo, nuestra nanoscopía para moléculas individuales observa la unidad más pequeña para revelar el origen de la vida".

El trabajo puede revelar la conformación molecular de proteínas y ADN con una resolución de nivel nanométrico, lo que conduce a la identificación de la causa de enfermedades incurables y al desarrollo de tratamientos para tales afecciones. Además, cubrir una muestra con una capa delgada se puede aplicar fácilmente a temperatura ambiente o incluso a temperaturas más altas para estudios de una sola molécula y sus aplicaciones.

El estudio fue publicado recientemente en Nature Communications . + Explora más

Creación y ruptura de enlaces químicos en moléculas individuales 'nanoconfinadas'