Catturare il movimento delle molecole non è un compito facile. Scienziati del Center for Soft and Living Matter, all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) sono stati in grado di osservare il movimento delle molecole immagazzinate all'interno di una tasca di grafene senza la necessità di colorarle. Pubblicato in Materiale avanzato , questo studio apre la strada all'osservazione delle dinamiche degli elementi costitutivi della vita, come proteine ​​e DNA, così come l'autoassemblaggio di altri materiali.

Un terzo del diametro di un capello umano è approssimativamente la dimensione più piccola che gli occhi umani possono vedere da soli. Per distinguere gli oggetti più piccoli, abbiamo bisogno di microscopi. Possiamo apprezzare cellule e batteri con microscopi ottici, mentre virus e molecole sono visibili solo al microscopio elettronico. In quest'ultimo, le immagini sono formate da elettroni sparati su un campione. Poiché gli elettroni hanno una lunghezza d'onda molto più corta rispetto alla luce, la microscopia elettronica fornisce un ingrandimento molto più elevato rispetto alla microscopia ottica. Però, il fascio di elettroni distrugge il campione e se è presente acqua, tende a decomporsi in bolle. Perciò, la microscopia elettronica è adatta per visualizzare inerti, campioni morti, mentre il materiale vivente è bloccato chimicamente in posizione.

Gli scienziati dell'IBS hanno infranto questa regola e hanno visualizzato catene di atomi non fisse, chiamati polimeri, nuotare in un liquido all'interno di tasche di grafene. Questi sono costituiti da 3-5 strati di grafene sul fondo e due sulla parte superiore. I fogli sono impermeabili alle piccole molecole, e anche impedire al fascio di elettroni di danneggiare istantaneamente il campione:gli scienziati hanno avuto una media di 100 secondi per ammirare il movimento dinamico delle singole molecole polimeriche, prima che questi venissero distrutti dal fascio di elettroni. Durante questi preziosi secondi, le molecole cambiano posizione, riorganizzare o "saltare in giro". "È stato fantastico vedere queste macromolecole organiche flessibili danzare intorno, "dice Hima Nagamanasa, primo coautore dell'articolo. "Le molecole si muovono molto più velocemente alla rinfusa. Siamo rimasti sorpresi di vedere che si muovono più lentamente qui. Crediamo che l'attaccamento alla superficie della tasca abbia funzionato a nostro favore per rallentarle, senza quello probabilmente vedremmo solo un'immagine sfocata."

In precedenza, gli scienziati avevano bisogno di macchiare i campioni con molecole di metallo o colorante per renderli visibili all'interno della tasca del grafene. Il metallo ha un'elevata riflessività, nel senso che può brillare, quindi può essere utilizzato per ottenere buone immagini. Però, i legami chimici tra il campione e il metallo o il colorante modificano le caratteristiche della molecola del campione. In questo studio, la tasca del grafene è abbastanza sottile da poterne osservare il contenuto in tempo reale senza alcuna colorazione.

In particolare, gli scienziati hanno lavorato con due polimeri:uno con zolfo, polistirene solfonato, e uno senza, ossido di polietilene. Questo ha permesso loro di dimostrare che il contrasto al microscopio proviene dalla struttura polimerica - fatta di atomi di carbonio e idrogeno - piuttosto che dallo zolfo. "La maggior parte delle molecole prodotte dagli organismi viventi ha una spina dorsale fatta di carbonio e idrogeno, ed è per questo che speriamo di estendere questa ricerca allo studio delle interazioni tra DNA e proteine, " spiega il primo co-autore Huan Wang. Inoltre, poiché gli scienziati hanno utilizzato un microscopio elettronico standard, si aspettano che questa tecnica venga utilizzata in altri laboratori.