p Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) desenvolveram uma nova técnica - usando uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura - para visualizar a estrutura das moléculas. A tecnica, que foi usado para obter as primeiras imagens diretas de como a água reveste as superfícies à temperatura ambiente, também pode ser usado para criar imagens de um número potencialmente ilimitado de outras moléculas, incluindo anticorpos e outras biomoléculas. p Um artigo descrevendo o método e os estudos das camadas de água aparece na edição de 3 de setembro da revista. Ciência .

p "Quase todas as superfícies têm uma camada de água sobre elas, "diz James Heath, a professora Elizabeth W. Gilloon e professora de química na Caltech, "e que a água domina as propriedades interfaciais" - propriedades que afetam o desgaste dessa superfície. Embora os revestimentos de superfície de água sejam onipresentes, eles também são muito difíceis de estudar, porque as moléculas de água estão "em fluxo constante, e não fique parado por tempo suficiente para permitir medições, " ele diz.

p Quase por acidente, Heath e seus colegas desenvolveram uma técnica para localizar as moléculas em movimento, sob condições de temperatura ambiente. "Foi um acidente feliz - um que fomos espertos o suficiente para reconhecer o significado, "Ele diz." Estávamos estudando o grafeno em uma superfície atomicamente plana de mica e encontramos algumas estruturas em forma de ilha em nanoescala presas entre o grafeno e a mica que não esperávamos ver. "

p Grafeno, que é composta por uma camada de átomos de carbono com a espessura de um átomo em uma estrutura semelhante a um favo de mel (como uma rede de galinheiro, mas em escala atômica), deve ser completamente plano quando colocado em uma superfície atomicamente plana. Heath e seus colegas - ex-aluno de graduação do Caltech Ke Xu, agora na Harvard University, e o estudante de graduação Peigen Cao - pensei que as anomalias poderiam ser água, capturado e preso sob o grafeno; moléculas de água, Afinal, estão em todo lugar.

p Para testar a ideia, os pesquisadores realizaram outros experimentos nos quais depositaram as folhas de grafeno em níveis variados de umidade. As estruturas estranhas tornaram-se mais prevalentes em umidade mais alta, e desapareceu em condições completamente secas, levando os pesquisadores a concluir que eles realmente eram moléculas de água cobertas pelo grafeno. Heath e seus colegas perceberam que a folha de grafeno era "atomicamente conformada" - ela abraçava as moléculas de água com tanta força, quase como filme plástico, que revelou sua estrutura atômica detalhada quando examinada com microscopia de força atômica. (Os microscópios de força atômica usam uma sonda mecânica para essencialmente "sentir" as superfícies dos objetos.)

p "A técnica é extremamente simples - é notável que funcione, "Heath diz. O método, ele explica, "é mais ou menos como as pessoas espalham carbono ou ouro em células biológicas para que possam visualizá-las. O carbono ou ouro fixa as células. Aqui, o grafeno molda perfeitamente as moléculas de água fracamente adsorvidas na superfície e as mantém no lugar, por pelo menos alguns meses. "

p Usando a técnica, os pesquisadores revelaram novos detalhes sobre como a água reveste as superfícies. Eles descobriram que a primeira camada de água na mica tem, na verdade, duas moléculas de água de espessura, e tem estrutura de gelo. Uma vez que essa camada esteja totalmente formada, um segundo, Forma-se uma camada de gelo com duas moléculas de espessura. Além disso, "você obtém gotículas, "Heath diz." É realmente incrível que as duas primeiras camadas adsorvidas de água formem ilhas microscópicas semelhantes a gelo em temperatura ambiente, "diz Xu." Essas estruturas fascinantes são provavelmente importantes para determinar as propriedades de superfície dos sólidos, Incluindo, por exemplo, lubrificação, adesão, e corrosão. "

p Os pesquisadores, desde então, testaram com sucesso outras moléculas em outros tipos de superfícies atomicamente planas - tal planicidade é necessária para que as moléculas não se aninhem em imperfeições na superfície, distorcendo sua estrutura medida através da camada de grafeno. "Ainda não encontramos um sistema para o qual isso não funcione, "diz Heath. Ele e seus colegas estão agora trabalhando para melhorar a resolução da técnica para que ela pudesse ser usada para gerar imagens da estrutura atômica de biomoléculas como anticorpos e outras proteínas." Nós observamos previamente átomos individuais no grafeno usando o tunelamento de varredura microscópio, "diz Cao." Resolução semelhante também deve ser atingida para moléculas cobertas de grafeno. "

p "Poderíamos colocar grafeno sobre moléculas biológicas - incluindo moléculas em ambientes pelo menos parcialmente aquosos, porque você pode ter água presente e, potencialmente, obter sua estrutura 3-D, "Diz Heath. Pode até ser possível determinar a estrutura de moléculas complicadas, como complexos de proteína-proteína, "que são muito difíceis de cristalizar, " ele diz.

p Considerando que os dados de uma molécula podem revelar a estrutura bruta, os dados de 10 revelarão características mais refinadas - e a montagem computacional dos dados de 1, 000 moléculas idênticas podem revelar todos os recantos atômicos.

p Se você imaginar que o grafeno enrolado sobre uma molécula é como um lençol jogado sobre um gato adormecido em sua cama, Heath explica, ter uma imagem do caroço coberto por uma folha - em uma orientação - "vai lhe dizer que é um animal pequeno, não é um sapato. Com 10 imagens, você pode dizer que é um gato e não um coelho. Com muito mais imagens, você saberá se é um gato fofo - embora nunca verá as listras malhadas. "