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重点是在室温下!韩国科学家现在可以观察1纳米的单个分子构象

科学与宇宙

2022-09-25 08:33山西

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现在,观察单个分子结构动力学的长期梦想已成为现实,化学家们都开心极了。在环境条件下,大小约为1纳米(纳米,十亿分之一米)的单分子是处于挥发状态的。考虑到冠状病毒的大小约为100纳米,在空气中迅速传播,其实观察单个分子是非常困难的。最近,韩国的科学家发现了一种在室温下观察单分子的可靠方法。
韩国科学家首次成功探索了室温下单个分子的构象(原子在分子中的排列),从而更深入地了解了单个分子的结构动力学,该分子是包括人类在内的所有物质的基本单位。由于连续的化学反应和分子运动,使用被称为分子“指纹”的拉曼散射信号对暴露在空气中的分子进行深入分析很困难。极低温度(低于零下200摄氏度)和真空条件已被广泛用于单分子研究,但这些配置在技术困难和环境条件方面有许多限制。
为了克服这一点,韩国科学家们将一个单分子放在涂有金薄膜的基底上,并在其上覆盖一层非常薄的氧化铝Al2O3,然后将其紧紧结合。被困在金和氧化铝层之间的分子与其周围环境隔离开来,从而导致化学反应和分子运动受到抑制。然后通过韩国开发的超灵敏尖端增强纳米显微镜观察固定化分子。由于尖锐金属尖端的光学天线效应,使用该方法可以精确检测单个分子的微弱光学信号。
通过这一点,克服了普通光学显微镜(约500 nm)的分辨率限制,以清楚区分1 nm大小的单分子的构象异质性,并验证它们是垂直放置还是水平放置。科学家们解释说:“詹姆斯·韦伯太空望远镜可以观测到可观测宇宙的最远点,以揭示宇宙的起源,我们的单分子纳米显微镜可以观测到最小的单位,以揭示生命的起源。这样的话,我们距离真理就会越来越近。”
这项工作可以以纳米级的分辨率揭示蛋白质和DNA的分子构象,从而确定不治之症的原因并开发治疗此类疾病的方法。此外,由于其简单的过程,用薄层覆盖样品可以很容易地在室温或更高的温度下应用于单分子研究及其应用。

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