Per la prima volta, gli scienziati sono riusciti a studiare la forza dei legami idrogeno in una singola molecola utilizzando un microscopio a forza atomica. I ricercatori della rete dello Swiss Nanoscience Institute dell'Università di Basilea hanno riportato i risultati sulla rivista Progressi scientifici .

L'idrogeno è l'elemento più comune nell'universo ed è parte integrante di quasi tutti i composti organici. Molecole e sezioni di macromolecole sono collegate tra loro tramite atomi di idrogeno, un'interazione nota come legame idrogeno. Queste interazioni giocano un ruolo importante in natura, perché sono responsabili di proprietà specifiche di proteine ​​o acidi nucleici e, Per esempio, assicurarsi inoltre che l'acqua abbia una temperatura di ebollizione elevata.

Ad oggi, non è stato possibile condurre un'analisi spettroscopica o al microscopio elettronico dell'idrogeno e dei legami idrogeno nelle singole molecole, e anche le indagini che utilizzano la microscopia a forza atomica non hanno prodotto risultati chiari.

Dottor Shigeki Kawai, dal team del professor Ernst Meyer presso lo Swiss Nanoscience Institute e il Dipartimento di Fisica dell'Università di Basilea, è ora riuscito a utilizzare un microscopio a forza atomica ad alta risoluzione per studiare gli atomi di idrogeno nei singoli composti di idrocarburi ciclici.

Scegliere le molecole giuste per una visione chiara

In stretta collaborazione con i colleghi giapponesi, i ricercatori hanno selezionato composti la cui configurazione ricorda quella di un'elica. Questi propellenti si dispongono su una superficie in modo tale che due atomi di idrogeno puntino sempre verso l'alto. Se la punta del microscopio a forza atomica, che è funzionalizzato con monossido di carbonio, è portato abbastanza vicino a questi atomi di idrogeno, si formano legami idrogeno che possono poi essere esaminati.

I legami a idrogeno sono molto più deboli dei legami chimici, ma più forte delle interazioni intermolecolari di van der Waals. Le forze e le distanze misurate tra gli atomi di ossigeno sulla punta del microscopio a forza atomica e gli atomi di idrogeno del propellente corrispondono molto bene ai calcoli eseguiti dal Prof. Adam S. Foster dell'Università di Aalto in Finlandia. Mostrano che l'interazione coinvolge chiaramente i legami idrogeno. Le misurazioni significano che le forze di van der Waals molto più deboli e i legami ionici più forti possono essere esclusi.

Con questo studio, i ricercatori della rete dello Swiss Nanoscience Institute dell'Università di Basilea hanno aperto nuovi modi per identificare molecole tridimensionali come acidi nucleici o polimeri attraverso l'osservazione di atomi di idrogeno.