Protetor solar para dançar moléculas

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Anonim

Como a vida é baseada principalmente na água, nossas moléculas estão se movendo, vibrando e cambaleando em um ambiente líquido. Mas a microscopia eletrônica - uma técnica para estudar uma versão estática desse nanoworld - tem sido quase impossível de usar para ver moléculas em movimento, porque o feixe de elétrons incidente danifica as amostras. Cientistas do Centro de Assuntos Suaves e Vivos, do Instituto de Ciência Básica (IBS), relatam uma grande melhora nessa área.

Este estudo, publicado na ACS Nano, é o primeiro a usar água pesada (D 2 O) - uma forma de água que contém deutério (D) em vez de hidrogênio - no campo da microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Essa abordagem retarda significativamente o dano amostral, que é um dos principais impedimentos para uma aplicação mais ampla da TEM em fase líquida em amostras biológicas frágeis.

Na microscopia eletrônica, os elétrons emitidos contra a amostra têm um comprimento de onda muito menor do que a luz, por isso são mais adequados para fornecer informações sobre moléculas únicas. Por outro lado, o feixe de elétrons é extremamente poderoso e arrisca danificar o espécime devido a sua alta energia, que gera uma carga elétrica e quebra as ligações químicas.

Pesquisadores do IBS usaram uma minúscula bolsa cheia de líquido imprensada entre folhas atomicamente finas de grafeno, dentro das quais as moléculas da amostra estão livres para se movimentar e são protegidas do carregamento elétrico, e testaram vários tipos de líquidos para encontrar aquele que preserva a amostra por mais tempo. "Em contraste com a abordagem comum de reduzir a energia do feixe de elétrons para retardar o dano à amostra, nos concentramos em ajustar o ambiente - a água na qual as moléculas de interesse são dissolvidas", diz Huan Wang, co-autor do estudo.

Os cientistas do IBS mostraram que o uso de água pesada tem várias vantagens sobre os métodos concorrentes. O D2O atrasa de forma mais eficaz não apenas a formação de bolhas de gás, mas também danos estruturais de moléculas poliméricas individuais. Comparado ao H 2 O, o D 2 O tem mais um neutrão, o que significa que é mais pesado, portanto mais difícil de dissociar em radicais e menos reativo no processo subsequente de danificação.

"A água pesada supera os métodos concorrentes por um fator de dois a cinco, pelo menos", disse Kandula Hima Nagamanasa, co-autora do estudo. "Desde que a formação de bolhas está atrasada e as moléculas ficaram visíveis pelo dobro do tempo."

Uma vantagem igualmente importante é que o D 2 O é um protetor solar inofensivo. A amostra, um polímero de sulfonato de poliestireno, neste caso, apresentou o mesmo padrão de dinâmica e contraste similar em D 2 O e em água.

"No futuro, planejamos estender este estudo para macromoléculas mais complexas, como DNA e proteínas", explicou Steve Granick, diretor do centro do IBS e autor correspondente do estudo. "Além disso, o estudo abre caminhos para observar fenômenos de longo prazo em outras técnicas de microscopia relacionadas, como cryoEM (microscopia eletrônica criogênica), e obter mais informações estatísticas sobre fenômenos complexos, como a automontagem de moléculas únicas em estruturas biológicas mais complexas. "

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