(A) El bolsillo de grafeno protege la muestra contenida en el líquido. (B) Foto del bolsillo de grafeno. (C) Como resultado del haz de electrones incidente, una burbuja de aire llena la mayor parte del bolsillo después de un corto período de tiempo. (D) tiempo de formación de burbujas, dependiendo del tipo de solución que llena el bolsillo. El tiempo sin burbujas más largo se obtiene cuando la bolsa se llena con a) agua pesada (D2O), seguido de agua (H2O) con b) 50% de glicerol, c) NaCl 100 mM, d) galato de n-propilo 10 mM, e) 3% de glicerol, yf) solo agua. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Dado que la vida se basa principalmente en el agua, nuestras moléculas se mueven, vibrando y dando volteretas en un ambiente líquido. Pero la microscopía electrónica, una técnica para estudiar una versión estática de este nanomundo, ha sido casi imposible de usar para ver moléculas en movimiento. porque el haz de electrones incidente daña las muestras. Científicos del Center for Soft and Living Matter, dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS), informan de una mejora importante en esta área.
Este estudio, publicado en ACS Nano , es el primero en utilizar agua pesada (D 2 O), una forma de agua que contiene deuterio (D) en lugar de hidrógeno, en el campo de la microscopía electrónica de transmisión (TEM). Este enfoque retrasa significativamente el daño de la muestra, que es uno de los principales impedimentos para una aplicación más amplia de TEM en fase líquida a muestras biológicas frágiles.
En microscopía electrónica, los electrones emitidos contra la muestra tienen una longitud de onda mucho más corta que la luz, por lo que son más adecuados para proporcionar información sobre moléculas individuales. Por otra parte, el haz de electrones es extremadamente potente y corre el riesgo de dañar la muestra debido a su alta energía, que genera una carga eléctrica y rompe los enlaces químicos.
Los investigadores del IBS utilizaron un pequeño bolsillo lleno de líquido intercalado entre láminas de grafeno atómicamente delgadas. dentro del cual las moléculas de la muestra pueden moverse libremente y están protegidas de la carga eléctrica, y probé varios tipos de líquidos para encontrar el que conserva la muestra por más tiempo. "En contraste con el enfoque común de reducir la energía del haz de electrones para retrasar el daño de la muestra, nos centramos en ajustar el entorno:el agua en la que se disuelven las moléculas de interés, "dice Huan Wang, coautor del estudio.
Los científicos del IBS han demostrado que el uso de agua pesada tiene varias ventajas sobre los métodos de la competencia. D 2 O retrasa más eficazmente no solo la formación de burbujas de gas, pero también daño estructural de moléculas de polímero individuales. Comparado con H 2 Oh D 2 O tiene un neutrón más, lo que significa que es más pesado, por tanto, más difícil de disociar en radicales, y menos reactivo en el proceso de daño subsiguiente.
Cuando se expone al haz de electrones, Las moléculas de polímero (poliestireno sulfonato) se degradan más rápidamente en la solución de glicerol que en el D2O. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
"El agua pesada supera a los métodos de la competencia por un factor de dos a cinco al menos, "dijo Kandula Hima Nagamanasa, coautor del estudio. "Dado que la formación de burbujas se retrasa y las moléculas fueron visibles el doble de tiempo".
Una ventaja igualmente importante es que D 2 O es un protector solar inofensivo. La muestra, un polímero de poliestireno sulfonato en este caso, mostró el mismo patrón de dinámica y contraste similar en D 2 O y en agua.
"En el futuro, planeamos extender este estudio a macromoléculas más complejas, como el ADN y las proteínas, "explicó Steve Granick, director del centro de SII y autor correspondiente del estudio. "Es más, el estudio abre vías para observar fenómenos a largo plazo en otras técnicas de microscopía relacionadas, como cryoEM (microscopía electrónica criogénica), y para obtener más información estadística sobre fenómenos complejos, como el autoensamblaje de moléculas individuales en estructuras biológicas más complejas ".
