Próxima generación: una cámara molecular
Una molécula de nitrógeno se desplaza durante el tiempo entre pulsos láser, un femtosegundo. Los átomos' los movimientos se muestran como una medida del momento angular creciente, en una escala de azul oscuro a rosa, donde el rosa muestra la región de mayor momento. IMAGEN CORTESÍA DE COSMIN BLAGA
EL DISPOSITIVO: Las moléculas están en constante movimiento mientras los electrones pululan dentro de los átomos, flexionando ligeramente los enlaces atómicos y cambiando la forma de la molécula. Usando herramientas estándar que se encuentran en los laboratorios de química física, el físico Cosmin Blaga de la Universidad Estatal de Ohio y sus colegas han ejecutado una técnica para tomar instantáneas rápidas de moléculas en movimiento, publicada la semana pasada (7 de marzo) en Nature.
Al disparar un láser a través de un pequeño agujero en una cámara de vacío, Blaga creó un campo láser infrarrojo. La intensidad del láser saca un electrón de la órbita atómica solo por unos pocos femtosegundos, o 10-15 segundos. En ese corto tiempo antes del electrón…
Blaga compara el experimento con tratar de aprender la forma de un automóvil lanzándole pelotas de tenis. Si lanza muchas pelotas de tenis a un automóvil desde diferentes direcciones, se dispersarán en diferentes ángulos, dijo, dependiendo de si golpean el parabrisas o la cajuela, por ejemplo. Y utilizando la información de cómo se dispersaron esas pelotas de tenis, puede recrear la imagen del automóvil.
IMAGEN CORTESÍA DE COSMIN BLAGA
NUEVOS: Los investigadores han tratado de estudiar la forma de moléculas observando cómo se dispersan los electrones desde los famosos experimentos con láminas de oro de Ernest Rutherford a principios del siglo XX, eliminando moléculas y átomos con rayos X y rayos láser. Más recientemente, los investigadores comenzaron a disparar pulsos de electrones a las moléculas, pero las cargas negativas de los electrones introducidos interferían con las lecturas, restringiendo la resolución temporal de las instantáneas a un picosegundo, o una billonésima de segundo, demasiado lento para capturar los cambios detallados en las moléculas. forma que buscaban los investigadores.
Al extraer un solo electrón de la molécula, Blaga y su equipo pudieron cambiar la forma de las moléculas sin introducir ninguna interferencia, lo que les permitió capturar los cambios de forma mucho más cortos a escala de femtosegundos. . Lo que hicieron es lo último en tecnología, dijo German Sciaini, quien estudia resolución atómica en el Departamento de Investigación de Dinámica Estructural de Max Planck y no participó en la investigación. Realmente puedes ver cómo esta molécula cambia con el tiempo.
IMPORTANCIA: Los átomos se mueven muy rápido durante una reacción química, dijo Blaga, y lo que queremos ver es cómo se mueven realmente y qué camino toman.
La investigación publicada analizó los movimientos de las moléculas de oxígeno y nitrógeno, que tienen una estructura muy simple de dos átomos, como prueba del principio de la técnica, dijo Blaga. Pero espera que pueda usarse para analizar moléculas más complicadas o incluso reacciones moleculares, esencialmente filmando lo que sucede cuando el ADN se daña o una proteína se pliega. Para saber exactamente cómo se lleva a cabo cada paso, debe capturar una imagen de la molécula en diferentes momentos durante la transformación, dijo Blaga.
NECESITA MEJORAR: antes de que puedan realizarse experimentos tan complicados Sin embargo, la técnica debe acelerarse aún más. Para obtener una forma precisa de una sola molécula, se deben eliminar millones de electrones del orbitador o se deben lanzar millones de pelotas de tenis al automóvil, lo que ahora demora de 6 a 9 horas. Y para moléculas o reacciones más complejas, los investigadores necesitarían eliminar aún más electrones. Necesitamos avanzar hacia la realización de experimentos más rápido, y será un gran impulso en los próximos años, dijo Blaga.
Sciaini cree que, para estudiar reacciones complejas, las moléculas deberán estabilizarse de alguna manera. para que los investigadores puedan apuntar a un solo enlace a la vez. Sugirió un segundo láser para sostener la molécula en diferentes ángulos, pero cree que eso matará la resolución temporal, dijo. Creo que es muy difícil, pero no diría que es imposible: la gente siempre encuentra una solución.
C. Blaga et al., Imágenes de dinámica molecular ultrarrápida con difracción de electrones inducida por láser, Nature, 483:194-7, 2012.
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