Le rêve de longue date des chimistes d’observer la dynamique structurelle d’une seule molécule est maintenant devenu réalité. Des molécules uniques d’une taille d’environ 1 nanomètre existent à l’état volatil dans des conditions ambiantes. Considérer que le coronavirus, qui mesure environ 100 nm, se propage rapidement dans l’air montre à quel point il est difficile d’observer une seule molécule. Récemment, une équipe de recherche coréenne a découvert un moyen fiable d’observer des molécules individuelles à température ambiante en les recouvrant d’une fine couche isolante, comme une couverture.
L’équipe de recherche dirigée par le professeur Kyoung-Duck Park et Ph.D. Le candidat Mingu Kang (Département de physique) à POSTECH, en collaboration avec le professeur Yung Doug Suh (Département de chimie) à l’Institut national des sciences et technologies d’Ulsan (UNIST), a sondé avec succès la conformation (arrangement des atomes dans une molécule) de molécules individuelles à température ambiante pour la première fois, permettant d’examiner de plus près la dynamique structurelle d’une seule molécule, qui est l’unité de base de toutes les matières, y compris les humains.
L’analyse approfondie à l’aide de signaux de diffusion Raman, connus sous le nom d' »empreintes digitales » moléculaires, est difficile pour les molécules exposées à l’air en raison des réactions chimiques continues et des mouvements moléculaires. Des températures extrêmement basses (inférieures à -200 ° C) et des conditions de vide ont été largement utilisées pour les études sur une seule molécule afin d’éviter les problèmes susmentionnés, mais les configurations présentent de nombreuses limitations en termes de difficultés techniques et de conditions environnementales.
Pour surmonter cela, l’équipe de recherche a placé une seule molécule sur un substrat recouvert d’un mince film d’or et l’a recouvert d’une très fine couche d’oxyde d’aluminium (Al2O3). La molécule piégée entre les couches d’or et d’oxyde d’aluminium est isolée de son environnement, ce qui entraîne une suppression des réactions chimiques et des mouvements moléculaires.
La molécule immobilisée est ensuite observée grâce à la nanoscopie à pointe ultrasensible développée par l’équipe de recherche. L’utilisation de la méthode permet la détection précise de signaux optiques faibles d’une seule molécule, en raison de l’effet d’antenne optique de la pointe métallique pointue. Grâce à cela, la limite de résolution d’une microscopie optique générale (environ 500 nm) a été dépassée pour distinguer clairement l’hétérogénéité conformationnelle des molécules uniques de 1 nm et vérifier si elles se tiennent verticalement ou horizontalement.
Mingu Kang de POSTECH dit que « alors que le télescope spatial James Webb peut observer le point le plus éloigné de l’univers observable pour révéler l’origine de l’univers, notre nanoscopie pour les molécules uniques observe la plus petite unité pour révéler l’origine de la vie ».
Le travail peut révéler la conformation moléculaire des protéines et de l’ADN avec une résolution de l’ordre du nanomètre, ce qui conduit à l’identification de la cause de maladies incurables et au développement de traitements pour ces conditions. De plus, recouvrir un échantillon d’une couche mince peut être facilement appliqué à température ambiante ou même à des températures plus élevées pour les études sur une seule molécule et leurs applications.
L’étude vient d’être publiée dans Communication Nature.
Mingu Kang et al, Hétérogénéité conformationnelle de molécules physisorbées sur une surface d’or à température ambiante, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-31576-x
Fourni par l’Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH)