O famoso monóxido de carbono asfixiante tem poucos admiradores verdadeiros, mas é preferido pela Universidade da Califórnia, Cientistas de Irvine que o usam para estudar outras moléculas.

Com a ajuda de um microscópio de tunelamento de varredura, pesquisadores do Centro de Química da UCI no Limite de Espaço-Tempo empregaram o composto diatômico como sensor e transdutor para sondar e amostras de imagem, obtendo uma quantidade sem precedentes de informações sobre suas estruturas, ligações e campos elétricos. Os resultados foram publicados em Avanços da Ciência .

"Usamos essa técnica para mapear, com resolução espacial sub-molecular, a informação química dentro de uma molécula, "disse o co-autor V. Ara Apkarian, Diretor do CaSTL e professor de química da UCI. "Ser capaz de ver o funcionamento interno das unidades básicas de toda a matéria é realmente incrível, e é um dos principais objetivos que perseguimos na CaSTL há mais de uma década. ”

Para alcançar esses resultados, Os cientistas do CaSTL anexaram uma única molécula de monóxido de carbono à ponta de uma agulha de prata afiada dentro do escopo. Eles iluminaram a ponta com um laser e rastrearam a frequência vibracional da ligação CO anexada através do chamado efeito Raman, o que leva a mudanças na cor da luz espalhada pela junção.

O efeito é fraco, apenas uma parte por bilhão ou mais, de acordo com Kumar Wickramasinghe, um professor de engenharia elétrica e ciência da computação da UCI e membro veterano do corpo docente do CaSTL que não esteve envolvido neste estudo. Mas a ponta da agulha no microscópio de tunelamento atua como um pára-raios, amplificando o sinal em 12 ordens de magnitude. Ao registrar pequenas mudanças na frequência vibracional da ligação CO conforme ela se aproxima das moléculas-alvo, os pesquisadores foram capazes de mapear formas e características moleculares devido às variações nas cargas elétricas dentro de uma molécula.

As moléculas sondadas nos experimentos eram metaloporfirinas, compostos encontrados no sangue humano e clorofila vegetal que são amplamente explorados em tecnologias de exibição.

As imagens capturadas forneceram detalhes sem precedentes sobre a metaloporfirina alvo, incluindo sua carga, polarização intramolecular, fotocondutividade local, ligações de hidrogênio atomicamente resolvidas e ondas de densidade de elétrons de superfície - as forças que ditam a funcionalidade e a transformação estrutural das moléculas. Em outras palavras, química.

"O professor Apkarian e seu grupo têm, pela primeira vez, criou um instrumento que pode mapear campos elétricos locais em nível submolecular, "disse Wickramasinghe, quem, como colega da IBM, foi um dos principais inventores do primeiro microscópio de força atômica do mundo. "O grande passo que a equipe deu foi ter tornado possível mapear as distribuições do campo elétrico dentro de uma única molécula usando o efeito Raman, o que é uma conquista notável. "

De acordo com o autor principal Joonhee Lee, Químico de pesquisa CaSTL, um dos principais resultados dos experimentos foi a elucidação da superfície do potencial eletrostático da molécula de metaloporfirina - basicamente, sua forma funcional, que até recentemente tinha sido uma construção teórica. Ele disse que a capacidade de determinar isso será particularmente benéfica em estudos futuros de macromoléculas, como proteínas.

Este trabalho está muito no reino do puro, pesquisa científica fundamental, Lee observa, mas ele acha que pode haver algumas aplicações práticas para sistemas eletromecânicos de molécula única no futuro próximo.

"Os sistemas microeletromecânicos são implantados em tecnologias atuais, como smartphones. Eles levam o nome da escala em mícron de tais dispositivos; um mícron é um centésimo do tamanho de um cabelo humano, "Lee disse." Sistemas eletromecânicos de molécula única são 10, 000 vezes menor. Imagine se nossos dispositivos miniaturizados usassem circuitos nessa escala. "