Scanning tunneling microscopy (STM) ถูกใช้เป็นประจำเพื่อระบุโมเลกุลแต่ละโมเลกุล แต่โดยปกติแล้วจะไม่สามารถแก้ไขโครงสร้างภายในของพวกมันได้ ทีมนักวิจัยสหวิทยาการจากมหาวิทยาลัย Warwick และ Cardiff ในสหราชอาณาจักรได้แสดงให้เห็นว่ารูปแบบ STM ที่มีความละเอียดสูงสามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งของอะตอมและพันธะภายในโมเลกุลได้
เทคนิคนี้ยังสามารถกำหนดประเภทของพันธะ
ระหว่างโมเลกุลที่มีอยู่ได้ สามารถใช้ในหลากหลายสาขา รวมถึงวัสดุศาสตร์ ชีวเคมี และการพัฒนาและทดสอบเภสัชภัณฑ์
Giovanni Costantini หัวหน้าทีม ของ Warwick อธิบายว่า STM ถูกคิดค้นขึ้นในปี 1981 เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการแสดงภาพโลกนาโนไปจนถึงองค์ประกอบเบื้องต้น กล่าวคือ โมเลกุลและอะตอมแต่ละตัว มันทำงานโดยใช้กระแสเล็กๆ ซึ่งต้องขอบคุณการขุดอุโมงค์ควอนตัม ที่ไหลระหว่างปลายโลหะที่แหลมคมมากกับพื้นผิวของตัวอย่างที่อยู่ห่างออกไปน้อยกว่า 1 นาโนเมตร ความเข้มของการขุดอุโมงค์นี้โดยทั่วไปจะค่อนข้างสม่ำเสมอทั่วทั้งโมเลกุลในตัวอย่าง ซึ่งหมายความว่า STM มักจะไม่สามารถแก้ไขโครงสร้างภายในของแต่ละโมเลกุลได้ นี่เป็นข้อจำกัดที่ร้ายแรงสำหรับนักวิจัยที่พยายามกำหนดโครงสร้างทางเคมีที่แม่นยำของโมเลกุลที่ไม่รู้จักหรือตรวจสอบวิธีที่โมเลกุลมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน
คมชัดและชัดเจนยิ่งขึ้นในทางเคมีทิป STM ใน Costantini และงานใหม่ของเพื่อนร่วมงานมีโมเลกุลคาร์บอนมอนอกไซด์เพียงโมเลกุลเดียวในตอนท้าย โมเลกุลนี้ถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิฮีเลียมเหลวประมาณ 1 K ซึ่งทำให้ปลายแหลมคมกว่าปกติและกำหนดลักษณะทางเคมีได้ดีกว่ามาก Costantini อธิบาย “เราสามารถนำส่วนปลายเข้าไปใกล้โมเลกุลที่กำลังวิเคราะห์ได้อย่างมาก ในระยะทางที่แรงผลักที่รุนแรงมาก (การขับไล่ Pauli) ระหว่างอิเล็กตรอนในโมเลกุลและในอะตอมสุดท้ายของปลายกลายเป็นสิ่งสำคัญ “ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ กระแสที่วัดได้ใน STM จะขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่แน่นอนของส่วนปลายภายในโมเลกุล ภาพที่ได้จึงสามารถแสดงรายละเอียดภายในโมเลกุลได้ เช่น ตำแหน่งของอะตอมที่เป็นส่วนประกอบและพันธะระหว่างพวกมัน”
อะตอม Br และ O ใน 3,9-Br 2 PXX สามารถยึดเข้า
ด้วยกันโดยพันธะไฮโดรเจนหรือฮาโลเจนเมื่อจัดเรียงเป็นอาร์เรย์ซูปราโมเลคิวลาร์บนสารตั้งต้น พันธะ H มาจากอันตรกิริยาของ CHO ที่อ่อนแอ ในขณะที่พันธะฮาโลเจนมาจากสิ่งที่เรียกว่า “ซิกมา-โฮล” บนอะตอมของ Br
พันธะฮาโลเจนเป็นปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลCostantini และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าเทคนิคของพวกเขาช่วยให้พวกเขาสามารถระบุได้ว่าพันธะฮาโลเจนนั้นเป็นปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่ยึดโมเลกุล PXX 3,9-Br 2 PXX ไว้ด้วยกัน ผลลัพธ์ดังกล่าวจะไม่สามารถทำได้โดยใช้ STM มาตรฐาน เนื่องจากภาพที่มีความละเอียดต่ำกว่าจะไม่แยกแยะระหว่างพันธะทั้งสองประเภทนี้
นักวิจัยยังระบุด้วยว่าตัวอย่างที่วิเคราะห์นั้นมีสิ่งเจือปน สิ่งเหล่านี้มาจากกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมีและมักมีอยู่ในปริมาณน้อยจนไม่สามารถตรวจพบได้โดยใช้เทคนิคการวิเคราะห์ทางสเปกโตรสโกปีแบบคลาสสิก ดังนั้นจึงอาจใช้เทคนิค HR-STM เพื่อระบุการปนเปื้อนในสารประกอบทางเภสัชกรรมโดยมีเป้าหมายเพื่อทำให้บริสุทธิ์ยิ่งขึ้นในอนาคต
เมื่อพวกเขากำหนดตำแหน่งของอะตอมและชนิดของพันธะระหว่างโมเลกุลระหว่างโมเลกุล PXX 3,9-Br 2โมเลกุลแล้ว Costantini และเพื่อนร่วมงานสามารถระบุได้ว่ากลุ่มหน้าที่ของโมเลกุลใดมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลอื่น พวกเขายังสามารถดูได้ว่าโมเลกุลอยู่ห่างกันเพียงใดและส่วนประกอบซูปราโมเลคิวลาร์มีการวางแนวด้วยความเคารพซึ่งกันและกันอย่างไร Costantini อธิบายว่าการค้นพบหลักคือซิกมารูบวกของอะตอม Br ของโมเลกุลหนึ่งหันไปทางอะตอม O
เชิงลบของโมเลกุลที่อยู่ติดกัน และอะตอมทั้งสองนี้
ไม่มีพันธะโควาเลนต์ถูกคั่นด้วยระยะห่างที่น้อยกว่า ผลรวมของรัศมี van der Waals ของแต่ละอะตอม (ซึ่งเป็นการวัดขนาดของอะตอมที่ไม่มีพันธะไอออนิกหรือโควาเลนต์)
“ข้อสังเกตทั้งสองนี้ตรงกับคำจำกัดความของพันธะฮาโลเจนตามที่กำหนดโดยInternational Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)” เขากล่าวกับPhysics World “ข้อมูลโครงสร้างที่เราได้รับจากการถ่ายภาพระดับโมเลกุลที่มีความละเอียดสูงยังช่วยให้เราสามารถคำนวณ (ทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น) ได้หลายครั้ง (ร่วมกับ กลุ่มของ Gabriele Sossoที่ Warwick) ซึ่งเผยให้เห็นคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์จำนวนหนึ่งที่ IUPAC ยอมรับเพื่อระบุเพิ่มเติม ลักษณะของพันธะฮาโลเจน”
การศึกษาขั้นพื้นฐานมากในขณะที่การศึกษาขั้นพื้นฐาน นักวิจัยหวังว่ามันจะเป็นประโยชน์สำหรับการทำงานในอนาคตในการทำความเข้าใจ (bio) การรับรู้โมเลกุลและการออกแบบวัสดุใหม่โดยการใช้ประโยชน์จากปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่ไม่ธรรมดา อันที่จริงเมื่อเร็ว ๆ นี้พบว่าพันธะฮาโลเจนมีบทบาทสำคัญในโครงสร้างของโมเลกุลทางชีววิทยาและการพับของโปรตีนลิแกนด์และโครงสร้างดีเอ็นเอ Costantini กล่าว
การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์จะสร้างรอยต่อ p–n แบบกราฟีนทั้งหมดทีมงานซึ่งรายงานงานของพวกเขาในNature Communicationsตอนนี้วางแผนที่จะขยายเทคนิค HR-STM ของพวกเขาเพื่อศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลประเภทอื่นๆ เช่น พันธะ pnictogen และ chalcogen และเพื่อทำให้ความสัมพันธ์ระหว่างพันธะฮาโลเจนกับไฮโดรเจนหายไปเมื่อประกอบโมเลกุลขนาดเล็กสำหรับ การใช้งานทางชีวเคมีและวัสดุ
“เป้าหมายระยะยาวคือการนำสิ่งที่ปัจจุบันยังคงเป็นเทคนิคการทดลองเฉพาะกลุ่ม พัฒนาและใช้ในด้านการวิจัยที่ค่อนข้างจำกัดของวิทยาศาสตร์พื้นผิวและนาโน และเปลี่ยนให้เป็นกระบวนทัศน์ใหม่ที่อาจเปลี่ยน เครื่องมือวิเคราะห์สำหรับสาขาเคมีสังเคราะห์และชีวภาพ วิทยาศาสตร์วัสดุ และการพัฒนาเภสัชภัณฑ์ที่กว้างขึ้นมาก” พวกเขากล่าว
Credit : energipellet.com energyeu.org everythingdi.net exoduswar.net experienceitpublisher.com
