Учёные случайно изобрели простую «линейку» для измерения расстояний между молекулами

По мере появления более точных инструментов наука углубляется в структуру вещества, оперируя сегодня молекулами и атомами. Это помогает в разработке новых лекарств, материалов и даже в сфере электроники, где всё чаще говорят о перспективах перехода на транзисторы величиной с один атом. Чтобы вовлечь в эти процессы больше участников, оборудование должно становиться проще, и учёные активно работают над этим.

Источник изображения: Steffen J. Sahl / Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences

Одной из проблем работы с нанометровыми структурами остаётся измерительное оборудование, которое отличается высокой сложностью, громоздкостью и дороговизной. Даже простое измерение расстояний между молекулами требует электронных микроскопов и прочего сложного оборудования. К сожалению, физические законы не позволяют использовать для таких операций удобные и относительно простые оптические приборы, самым ярким примером которых является микроскоп.

Исследователи из Института междисциплинарных наук имени Макса Планка в Германии смогли внести значительные изменения в область измерения внутримолекулярных расстояний с точностью до ангстрема, используя оптические методы. Фактически, они смогли измерить расстояние шириной в один атом, не прибегая к сложным приборам.

Можно сказать, что учёные сделали это открытие случайно. Они изучали пространственную структуру белков (сворачивание белков) с использованием флуоресцентных маркеров. К молекулам прикреплялись маркеры на основе полипролина, который уже используется в качестве «линейки» в структурной биологии, а затем образцы освещались лазером. Возбуждённое лазерным импульсом свечение маркеров фиксировалось как электромагнитное излучение и давало представление о расстоянии между метками.

Проделанная работа позволила учёным разработать новый подход для измерения внутримолекулярных расстояний в диапазоне от 1 до 10 нанометров для типичных молекул, который они назвали Minflux. Наименьшее расстояние, которое исследователи смогли измерить этим способом, составило 0,1 нм, что соответствует ширине одного атома. Этот метод был проверен на органических молекулах, но остаётся возможность, что с его помощью можно будет измерять расстояния в полупроводниках, что существенно помогло бы развитию электроники эпохи ангстрема.