Il famigerato monossido di carbonio asfissiatore ha pochi veri ammiratori, ma è favorito dall'Università della California, Scienziati di Irvine che lo usano per studiare altre molecole.

Con l'ausilio di un microscopio a scansione a effetto tunnel, i ricercatori del Center for Chemistry at the Space-Time Limit dell'UCI hanno utilizzato il composto biatomico come sensore e trasduttore per sondare e visualizzare campioni, ottenere una quantità senza precedenti di informazioni sulle loro strutture, legami e campi elettrici. I risultati sono stati pubblicati in Progressi scientifici .

"Abbiamo usato questa tecnica per mappare, con risoluzione spaziale submolecolare, le informazioni chimiche all'interno di una molecola, " ha detto il coautore V. Ara Apkarian, Direttore del CaSTL e professore di chimica all'UCI. "Essere in grado di vedere il funzionamento interno delle unità di base di tutta la materia è davvero sorprendente, ed è uno degli obiettivi principali che perseguiamo in CaSTL da più di un decennio."

Per ottenere questi risultati, Gli scienziati del CaSTL hanno attaccato una singola molecola di monossido di carbonio all'estremità di un ago affilato d'argento all'interno del cannocchiale. Hanno illuminato la punta con un laser e hanno tracciato la frequenza vibrazionale del legame CO attaccato attraverso il cosiddetto effetto Raman, che porta a cambiamenti nel colore della luce diffusa dalla giunzione.

L'effetto è debole, solo una parte per miliardo o giù di lì, secondo Kumar Wickramasinghe, un professore UCI di ingegneria elettrica e informatica e membro della facoltà CaSTL veterano che non è stato coinvolto in questo studio. Ma la punta dell'ago nel microscopio a scansione a effetto tunnel agisce come un parafulmine, amplificando il segnale di 12 ordini di grandezza. Registrando piccoli cambiamenti nella frequenza vibrazionale del legame CO quando si avvicina alle molecole mirate, i ricercatori sono stati in grado di mappare forme e caratteristiche molecolari dovute alle variazioni delle cariche elettriche all'interno di una molecola.

Le molecole sondate negli esperimenti erano metalloporfirine, composti presenti nel sangue umano e nella clorofilla vegetale ampiamente sfruttati nelle tecnologie di visualizzazione.

Le immagini catturate hanno fornito dettagli senza precedenti sulla metalloporfirina bersaglio, compresa la sua carica, polarizzazione intramolecolare, fotoconduttività locale, legami idrogeno risolti atomicamente e onde di densità elettronica superficiale - le forze che dettano la funzionalità e la trasformazione strutturale delle molecole. In altre parole, chimica.

"Il professor Apkarian e il suo gruppo hanno, per la prima volta, creato uno strumento in grado di mappare i campi elettrici locali a livello submolecolare, " disse Wickramasinghe, chi, come membro dell'IBM, è stato uno dei principali inventori del primo microscopio a forza atomica al mondo. "Il passo principale che il team ha compiuto è quello di aver reso possibile mappare le distribuzioni del campo elettrico all'interno di una singola molecola utilizzando l'effetto Raman, che è un risultato notevole".

Secondo l'autore principale Joonhee Lee, Chimico di ricerca CaSTL, uno dei risultati chiave degli esperimenti è stata la delucidazione della superficie del potenziale elettrostatico della molecola di metalloporfirina - in pratica, la sua forma funzionale, che fino a poco tempo fa era stato un costrutto teorico. Ha detto che la capacità di determinarlo sarà particolarmente utile negli studi futuri sulle macromolecole, come le proteine.

Questo lavoro è molto nel regno del puro, ricerca scientifica fondamentale, Lee osserva, ma pensa che nel prossimo futuro potrebbero esserci alcune applicazioni pratiche per i sistemi elettromeccanici a singola molecola.

"I sistemi microelettromeccanici sono utilizzati nelle tecnologie attuali come gli smartphone. Prendono il nome dalla scala micron di tali dispositivi; un micron è un centesimo delle dimensioni di un capello umano, "Ha detto Lee. "I sistemi elettromeccanici a singola molecola sono 10, 000 volte più piccolo. Immagina se i nostri dispositivi miniaturizzati utilizzassero circuiti su quella scala".