Mirar moléculas individuales a través de un microscopio es parte de la vida cotidiana de los nanotecnólogos. Sin embargo, Hasta ahora ha sido difícil observar estructuras atómicas dentro de moléculas orgánicas. En la reconocida revista científica Cartas de revisión física , Los investigadores de Juelich explican su método novedoso, lo que les permite tener una "vista de rayos X" dentro de las moléculas. El método puede facilitar el análisis de proteínas y semiconductores orgánicos.

Por su mirada al nanomundo, los investigadores de Juelich utilizaron un microscopio de efecto túnel. Su fina punta de metal escanea la superficie del espécimen como la aguja de un tocadiscos y registra las irregularidades atómicas y las diferencias de aproximadamente un nanómetro (una milmillonésima parte de un milímetro) con minúsculas corrientes eléctricas. Sin embargo, aunque la punta del microscopio solo tiene el ancho de un átomo, hasta ahora no ha podido echar un vistazo al interior de las moléculas.

"Para aumentar la sensibilidad de las moléculas orgánicas, ponemos un sensor y un transductor de señal en la punta, "dice el Dr. Ruslan Temirov. Ambas funciones las cumple una pequeña molécula formada por dos átomos de deuterio, también llamado hidrógeno pesado. Dado que cuelga de la punta y se puede mover, sigue los contornos de la molécula e influye en la corriente que fluye desde la punta del microscopio. Una de las primeras moléculas estudiadas por Temirov y colaboradores fue el compuesto de dianhídrido de perileno tetracarboxílico. Consta de 26 átomos de carbono, ocho átomos de hidrógeno y seis átomos de oxígeno formando siete anillos interconectados. Las imágenes anteriores solo mostraban un punto con un diámetro de aproximadamente un nanómetro y sin contornos. Al igual que una imagen de rayos X, el microscopio de túnel de barrido de Juelich muestra la estructura interna en forma de panal de la molécula, que está formado por los anillos.

"Es la notable simplicidad del método lo que lo hace tan valioso para futuras investigaciones, "dice el profesor Stefan Tautz, Director del Instituto de Bio y Nanosistemas de Forschungszentrum Juelich. El método de Juelich se ha registrado como patente y se puede utilizar fácilmente con microscopios de túnel de barrido comerciales. "Las dimensiones espaciales dentro de las moléculas ahora se pueden determinar en unos pocos minutos, y la preparación de la muestra se basa predominantemente en técnicas estándar, "dice Tautz. En el siguiente paso, los científicos de Jülich también planean calibrar la intensidad de la corriente medida. Si tienen éxito, las intensidades de corriente medidas pueden permitir determinar directamente el tipo de átomos.

Después de publicar imágenes iniciales producidas con el nuevo método en 2008, El grupo de investigación de Tautz y Temirov ahora ha podido explicar el principio mecánico cuántico de funcionamiento del deuterio en la punta del microscopio. Sus resultados fueron respaldados por cálculos asistidos por computadora por el grupo de trabajo del Prof. Michael Rohlfing en la Universidad de Osnabruck. La llamada repulsión de Pauli de corto alcance es una fuerza física cuántica entre el deuterio y la molécula que modula la conductividad y nos permite medir las estructuras finas con mucha sensibilidad.

El método de Juelich se puede utilizar para medir la estructura y distribución de carga de moléculas planas que se pueden utilizar como semiconductores orgánicos o como parte de futuros dispositivos electrónicos rápidos y eficientes. Las biomoléculas tridimensionales grandes, como las proteínas, pueden examinarse tan pronto como se hayan perfeccionado las técnicas.