Структуру молекулы научились предсказывать при помощи микроскопа

Физики впервые смогли предсказать пространственную структуру молекулы, используя улучшенную технологию атомной силовой микроскопии - то есть прямой метод наблюдения. Работа ученых из исследовательского центра IBM в Цюрихе опубликована в журнале Nature Chemistry. Коротко она описана на портале Nature News.
По химической формуле вещества не всегда возможно предсказать, как именно расположены атомы в его молекулах, так как нередко сразу несколько конфигураций оказываются энергетически выгодными. Для того чтобы определять точную пространственную структуру молекул, ученые в настоящее время чаще всего используют метод рентгеновской кристаллографии. Из исследуемого вещества выращивают кристалл, облучают его рентгеновскими лучами и анализируют картину их рассеяния.

Этот метод позволяет получать очень точные "карты" молекул, однако он не является абсолютно универсальным, в частности потому что выращивание кристалла представляет собой очень сложную процедуру, которая индивидуальна для каждого вещества (кроме того, из некоторых веществ до сих пор не удается вырастить кристаллы).

Авторы новой работы сумели "разглядеть" структуру молекулы органического углеводорода цефаландола А (cephalandole A) при помощи непосредственного наблюдения. В основе технологии лежала атомная силовая микроскопия (АСМ) - методика, основанная на "прощупывании" атомов в молекуле при помощи очень тонкой иглы. Игла скользит над изучаемым веществом, атомы которого слегка отклоняют ее в разные стороны, причем амплитуда отклонения зависит от близости атомов и их природы.

В прошлом году тот же коллектив исследователей модифицировал технологию АСМ, заметно улучшив ее разрешение. Ученые поместили на кончик иглы молекулу оксида углерода CO, которая относительно устойчива к воздействию сил Ван-дер-Ваальса, снижавших точность метода.

В ходе нынешнего исследования физики смогли при помощи улучшенной технологии увидеть, как расположены в пространстве атомы в цефаландоле А - одном из метаболитов, выделяемом глубоководными бактериями. До сих пор ученые не могли сделать выбор между четырьмя возможными структурами. В ходе эксперимента специалисты исследовали молекулы, "распластанные" на соляном кристалле, при помощи своей технологии. В итоге им удалось сразу исключить два варианта, а после дополнительных расчетов оставить только один. Эти результаты совпали с результатами, полученными ранее при помощи одного из непрямых методов.

Коллеги исследователей по-разному отнеслись к результатам новой работы. Критики отмечают, что рентгеновская кристаллография позволяет однозначно разрешать структуру молекул без всякой предварительной информации о молекуле, а у нового метода такой "самодостаточности" пока нет.