Por primera vez, los investigadores han logrado ver detalles previamente inaccesibles de ciertos procesos químicos. Han demostrado que hay etapas discretas significativas para estos procesos que se basan en nuestro conocimiento de la síntesis química. Estos detalles podrían ayudar en el desarrollo de métodos parasintetizar productos químicos con mayor control y precisión que nunca antes. Métodos como estos podrían ser útiles en la ciencia de los materiales y en el desarrollo de fármacos.
"Desde 2007, los físicos han podido realizar un sueño de más de 200 años: la capacidad de ver un átomo individual", dijo el profesor del proyecto Eiichi Nakamura. "Pero no terminó allí. Nuestro grupo de investigación ha llegado más allá de estosoñar con crear videos de moléculas para ver reacciones químicas con detalles sin precedentes "
Nakamura comparte una ambición audaz con los científicos de todo el mundo, para desarrollar materiales nuevos y útiles para el mundo. Para ello, su equipo del Departamento de Química de la Universidad de Tokio desea dominar el control de varios procesos químicos responsables de la síntesis de materiales. Sin embargo,La síntesis química es algo complicado de estudiar.
"Los métodos analíticos convencionales como la espectroscopía y la cristalografía nos brindan información útil sobre los resultados de los procesos, pero solo dan pistas sobre lo que ocurre durante ellos", explicó Koji Harano, profesor asociado del proyecto en el grupo Nakamura. "Por ejemplo, estamosinteresado en cristales de estructura organometálica MOF. La mayoría de los estudios analizan el crecimiento de estos pero pierden la etapa temprana de nucleación, ya que es difícil de observar ".
Las etapas transitorias de las reacciones químicas complejas son difíciles de estudiar, ya que hay múltiples procesos intermedios que ocurren entre el inicio y el final de la mayoría de las reacciones. En principio, se podían ver las etapas individuales, pero en realidad era imposible aislar los productosen cada etapa y para ver cómo cambiaron con el tiempo, Nakamura, Harano y su equipo pasaron más de 10 años en este problema y han desarrollado un método llamado microscopía de electrones molecular.
"Fue un problema de dos partes", continuó Harano. "A gran escala, hubo un desafío de ingeniería para combinar un microscopio electrónico de alta resolución único con un sensor de imágenes rápido y sensible para imágenes de video continuas;a pequeña escala, tuvimos que idear una forma de capturar las moléculas de interés y mantenerlas en su lugar para que la cámara pudiera captar la acción ".
Para aislar y asegurar moléculas particulares, el equipo usó un nanotubo de carbono especialmente modificado. Esto engancharía una molécula que pasa y la mantendría en su lugar, pero crucialmente, no interferiría con las reacciones de esa molécula. De esta manera, en cada etapa de la reaccióntendría lugar en la punta del nanotubo, que a su vez se mantuvo en su lugar en el punto focal del microscopio electrónico. Los datos resultantes se pueden convertir en videos en tiempo real de las reacciones.
"Lo que nos sorprendió mucho al principio fue que nuestro plan realmente funcionó. Fue un desafío complejo pero visualizamos estos videos moleculares por primera vez en 2013", dijo Harano. "Entre entonces y ahora, trabajamos para convertir el concepto en unherramienta útil. Nuestro primer éxito ha sido visualizar y describir una molécula en forma de cubo, que es una forma intermedia crucial que ocurre durante la síntesis de MOF. Nos llevó un año convencer a nuestros revisores de lo que encontramos es real ".
Este es solo el primer paso hacia la capacidad de ganar control sobre la síntesis química de manera precisa y controlada, un término que los investigadores llaman "síntesis racional". Es importante observar los detalles de las reacciones a medida que progresan para que puedan ser efectivamenteingeniería inversa. El sueño de hace 200 años era ver un átomo, el sueño ahora es controlarlos para crear cosas como minerales sintéticos para la construcción o incluso nuevas drogas para ayudar a salvar vidas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :