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Logran filmar las primeras imágenes de moléculas cambiando su estado de carga

Moléculas cambiando su estado de carga

Las transiciones de carga de estas moléculas son esenciales para la vida

Utilizando la tecnología de microscopio más avanzada del mundo, los científicos han capturado en tiempo real imágenes de moléculas que cambian su estado de carga. Para ello, agregaron y eliminaron electrones, observando directamente los cambios en la estructura de cuatro moléculas.

Aunque sabemos desde hace mucho tiempo que ocurren tales cambios, esta es la primera vez que alguien lo ha visto. Podría ayudarnos a obtener una nueva comprensión de varios procesos moleculares, incluidas las reacciones químicas, la catálisis y el transporte de carga, y posiblemente incluso los procesos en los organismos vivos.

"Hemos podido resolver con una resolución sin precedentes los cambios estructurales de las moléculas individuales al cargarse", explicó el químico Leo Gross de IBM Research-Zurich.

Cambio de carga en una molécula Cambio de carga en una molécula

"Esta nueva comprensión revela algunos de los misterios de las relaciones de función de carga molecular en lo que se refiere a cómo convierte y transporta energía la biología".

El equipo utilizó microscopía de fuerza atómica, que consiste en una sonda de punta muy afilada en el extremo libre de un voladizo. La sonda baja hacia la superficie y se desvía, una y otra vez.

A medida que lo hace, un láser detecta los leves cambios en las desviaciones del voladizo a medida que se desplaza sobre las características de la superficie elevada. Estos se graban para crear una imagen de lo que está escaneando la sonda. De esta manera, los científicos pueden visualizar imágenes que son demasiado pequeñas para ser vistas a través de medios ópticos.

Entonces, se colocaron bajo el microscopio cuatro tipos de moléculas (azobenceno, pentaceno, tetracianoquinodimetano (TCNQ) y porfina) en una cámara de vacío para asegurar que no habría influencias externas que afecten los resultados.

Se colocó una única molécula sobre una película de cloruro de sodio y luego se envió un pequeño voltaje a través de la sonda para transferir electrones a la molécula de uno en uno.

Gross y sus colegas ya habían desarrollado esta técnica para controlar la carga y la describieron en un documento en 2015. Y describieron su técnica de imagen en 2009.

Sin embargo, en este nuevo trabajo, el equipo ha encontrado una manera de combinar las dos técnicas para obtener imágenes de las moléculas y controlar la carga al mismo tiempo.

Representaron las cuatro moléculas en dos o más de estos cuatro estados: positivo (menos un electrón), neutro (el mismo número de protones y electrones), negativo (más un electrón) y doble negativo (más dos electrones). Las cuatro moléculas reaccionaron de manera diferente a los cambios en la carga.

moléculas con diferentes cargas

En el vídeo de arriba puedes ver con sus propios ojos cómo se transforma la molécula de porfina en forma a medida que pierde electrones en estas condiciones controladas.

La molécula de azobenceno se retuerce físicamente. Con el pentaceno, las áreas de la molécula se volvieron más reactivas debido a los electrones adicionales. Cambiar la carga provocó que cambiara el tipo de enlaces entre los átomos de TCNQ, y se movió físicamente en la película. Y en la porfina, no fue solo el tipo de enlaces, sino también su longitud lo que cambió.

Además de ser realmente geniales, estos hallazgos podrían tener un gran impacto en nuestra comprensión actual de la transferencia de energía molecular.

Específicamente, observar tan de cerca las moléculas de porfirina podría ayudarnos a comprender mejor algunos procesos biológicos fundamentales, ya que la porfina es el compuesto principal de las porfirinas, un grupo de compuestos orgánicos que forman tanto la clorofila como la hemoglobina.

"Las transiciones de carga de estas moléculas son esenciales para la vida", dijo Gross.

"Con nuestra nueva técnica, podemos aumentar la comprensión de cómo la carga altera la estructura y la función de las moléculas, que son vitales en muchos aspectos, como la fotoconversión y el transporte de energía en los organismos vivos".

La investigación ha sido publicada en Science: Molecular structure elucidation with charge-state control

Modificado por última vez enMartes, 16 Julio 2019 19:05