Fotografías Moleculares

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En clase de Estructura de la Materia en la Facultad de Química de la UNAM, platicábamos de la molécula de PENTACENO y salió un comentario respecto a una fotografía de esta molécula tomada con un microscopio muy especial. Me puse a googlear y encontré esta información y la imagen que está sensacional!

De verdad vale mucho la pena leer este post.


IBM logra la primera imagen de una molécula suelta y ésta se revela tal como la soñábamos.

Carlos Peláez

Finalmente tenemos la fotografía (literalmente) de una molécula de pentaceno. La comunidad científica aún no ha “saltado en una pata” por este avance publicado a finales de agosto, pero es la humilde opinión de este escritor-científico que todos desearían haberlo logrado. Ciertamente a mi me hubiera hecho la carrera.

Puede que usted no vea razón alguna para emocionarse, pero el tema está en que todo el desarrollo de la química (luego de la vida moderna) se ha basado en modelos teóricos de bolitas imaginarias que nunca nadie había visto, tal como le enseñaban a uno en la escuela. Pues bien, resulta que esos modelos son fieles a la realidad, lo cual hace quitarse el sombrero frente a quienes pasaron años de su vida sacando cuentas a partir de evidencias absolutamente indirectas e invisibles de cómo se debe ver un átomo.

Imagen más grande
Otros que merecen admiración son quienes lograron esta imagen. Los científicos Leo Gross, Fabian Mohn, Nikolaj Moll y Gerhard Meyer de los laboratorios de IBM en Zurich, junto a Peter Liljeroth de la Universidad de Utrecht se las ingeniaron para fabricar una punta metálica de un átomo de espesor, terminado en una única molécula de monóxido de carbono. Sólo esto debe haber sido un trabajo de años.

Funciona así: A la punta de monóxido se la hace vibrar un poco (bueno, a sus electrones). Cuando la punta está a una “gran” distancia de la molécula (De dos cienmilésimas partes de un milímetro), la vibración de los electrones es alterada por la atracción que sufren por los núcleos del pentaceno y esto nos da un contorno burdo y liso de la molécula. Pero al acercarlo a una cienmilésima de milímetro (9,4 nanómetros exactamente) los electrones del microscopio se solapan con las órbitas de los electrones de la molécula, lo que hace que sean repelidos. Esto genera otra señal en la vibración y aparecen “ondulaciones atómicas”, o sea, el controno de los átomos y las uniones entre ellos. La computadora toma esta información y construye la imagen a medida que la punta va “sintiendo” las repulsiones al moverse sobre la molécula.

Hasta aquí suena… bueno, difícil, pero es aún más complicado que esto. Para “inmovilizar” una molécula de pentaceno (un gas parecido a la naftalina) hay que lograr ubicarlo en una superficie plana para poder escanear sobre él. El pentaceno mide de un lado a otro la millonésima parte de un grano de arena, así que para lograr esto hay que someterlo a un vacío casi absoluto y ponerlo a -268 grados centígrados. De esta manera se logra que toda la materia alrededor de la molécula deje de vibrar, lo cual interferiría con las mediciones. Esto es sólo 5 grados por encima del cero absoluto, la temperatura en la cual teóricamente la materia no vibra.
punta pentaceno.

La punta roja de este microscopio corresponde al monóxido de carbono que "siente" la superficie del pentaceno.

Cada vez estamos más cerca de entender cómo se distribuyen las cargas dentro de las moléculas y redes moleculares. Esto significa que el sueño de manipular los átomos y construir moléculas “a la carta” está cada vez más cerca (menos lejos, pues). Esto sin duda cambiará al mundo cuando se logre.

FUENTE

La misma noticia pero en BBC

Extraordinaria imagen de una molécula

BBC Ciencia

Molécula de pentaceno (IBM Zurich)

La imagen incluso muestra los átomos de hidrógeno en la periferia del pentaceno.

Por primera vez científicos lograron captar la imagen de una molécula con un detalle estructural sin precedentes, incluso se pueden ver los enlaces químicos que la mantienen unida.

Los científicos del centro de investigación de IBM en Zurich usaron lo que se conoce como microscopio de fuerza atómica o AFM (en sus siglas en inglés).

Y aunque en el pasado, utilizando técnicas similares, ya se había logrado observar la conformación física de un nanotubo de carbono, ésta es la primera vez que se puede observar la estructura con tanto detalle.

El entendimiento de la estructura molecular a esta escala -afirman los expertos- podría ayudar en el diseño de muchas cosas a escala molecular, en particular materiales electrónicos y hasta medicamentos.

El equipo de científicos -que publica los detalles de su investigación en la revista Science- es el mismo grupo que en julio pasado logró por primera vez medir la carga eléctrica de un átomo único.
Enfoque fino

En ambos casos los investigadores de IBM Zurich utilizaron una versión del AFM que actúa como un pequeñísimo diapasón (la herramienta que se usa para afinar instrumentos musicales).

Con éste, uno de los dientes del diapasón pasa increíblemente cerca a la muestra y el otro un poco más lejos.

Cuando se hace vibrar al diapasón el diente más cercano experimenta un cambio minúsculo en la frecuencia de su vibración, simplemente porque se está acercando a la molécula.

Al comparar las frecuencias de los dos dientes se puede obtener una medición de la distancia desde del diente más cercano con lo cual se puede establecer de forma efectiva un "mapa" de la estructura molecular.

Esta medición requiere de una precisión extrema.

Para evitar los efectos de las moléculas de gas extraviadas y del sacudimiento general a escala atómica que experimentan los objetos a temperatura ambiente, todo el proceso debe mantenerse al alto vacío y a temperaturas extraordinariamente frías.

Sin embargo, como la punta de los dientes del AFM no están bien definidas y no son lo suficientemente agudas a la escala de átomos únicos, esto provocaba que las imágenes se vieran borrosas.

Los investigadores pensaron que podían evitar este efecto eligiendo deliberadamente una pequeña molécula única (de pentaceno) -formada por un átomo de carbono y uno de oxígeno- y formando una punta del AFM lo más aguda y mejor definida posible.
Con átomos periféricos

Su medición de la molécula de pentaceno utilizando esta punta de monóxido de carbono muestra los enlaces entre los átomos de carbono en cinco anillos unidos, e incluso releva enlaces a los átomos de hidrógeno en la periferia de la molécula.

Tal como explicó a la BBC Leo Gross, quien dirigió la investigación, el equipo planea ahora combinar su capacidad para medir cargas individuales con esta nueva técnica para representar moléculas con un nivel de detalle sin precedentes.

Esto, dice el científico, podrá ayudar en particular al campo de la electrónica molecular, que es un futuro potencial de la electrónica en el que las moléculas individuales actúan como interruptores y transistores.

Aunque el enfoque puede trazar los enlaces etéreos que conectan a los átomos, no puede distinguir entre átomos de diferente tipo.

El equipo intenta ahora usar la nueva técnica junto con otro método similar conocido como microscopía de efecto túnel (STM) -en el que un pequeño voltaje es aplicado a lo largo de la muestra- para determinar si los dos métodos combinados pueden mostrar la naturaleza de cada átomo en las imágenes del AFM.

Esto, dice Leo Gross, ayudaría a todo el campo de la química, en particular la química sintética que se utiliza en el diseño de fármacos.

Los resultados, agrega el científico, serán también de mucho interés para quienes estudian el mundo de la nanotecnología con instrumentos similares.

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