Ученым удалось впервые снять движение единственной молекулы в режиме реального времени
Ученым-химикам из Калифорнийского университета в Ирвине удалось сделать то, чего не удавалось сделать никому из ученых до последнего времени. При помощи сложной лабораторной установки они сделали запись движений единственной молекулы, ее вибраций и "дыхания", которое проявляется при переходе молекулы из одного квантового состояния в другое. Данное достижение, позволяющее видеть механику ломки и образования химических связей, делает ученых еще на один шаг ближе к пониманию процессов, происходящих на молекулярном уровне, процессов синтеза белков и роста клеток, которые являются основой всего биологического мира.
"Наша работа является первой в истории науки, когда нам удалось запечатлеть движение молекулы в реальном времени" - рассказывает профессор Ара Апкариян (Ara Apkarian), который проводил эксперименты в паре с профессором Эриком Потмой (Eric Potma), - "Изображения отдельных молекул ученые научились делать еще в 1980-х годах, но их чрезвычайно быстрые движения оставались неуловимыми по сегодняшний день".
Для проведения съемки движений молекулы ученые использовали весьма сложную научную установку, состоящую из синхронизированных ультраскоростных лазеров, микроскопов и других измерительных приборов. Но, для того, чтобы получить возможность улавливания крошечных, но быстрых движений, ученые оснастили подопытную молекулу двумя золотыми наносферами, выступающими в роли отражателей света. Каждый эксперимент проводился в течение приблизительно одного часа, в ходе которого производилась многократно повторяющаяся запись всего происходящего с молекулой.
Когда ученые обработали математическими и статистическими методами весь массив повторяющихся измерений, на белый свет появилось удивительное открытие. Оказывается, подопытная молекула все время совершает колебательные движения, переходя из одного квантового состояния в другое.
А в результате съемки ученые получили видео, которое, к сожалению, еще не находится в открытом доступе, на котором видно маленькую светящуюся точку, излучающую периодические импульсы яркого света. "Это - световая радиопередача от "антенны" молекулы, которая происходит каждый раз, когда молекула заканчивает цикл своего квантового колебательного движения" - рассказывает профессор Апкариян, - "Положение химических связей в молекуле перемещается со скоростью 10^13 раз в секунду, но это не настоящая скорость перемещений молекулы. Ведь наша молекула обременена наличием золотых отражателей, которые изменяют ее массу, резонансную частоту ее колебаний и некоторые другие параметры молекулы".
В самом ближайшем времени ученые планируют записать процесс движений молекулы в ее естественном виде, не обременяя ее дополнительными отражателями-антеннами. "А в конечном счете мы хотим получить в свое распоряжении технологию, которая позволит нам изучать молекулы прямо в то время, когда они принимают участие в химических реакциях" - рассказывает профессор Апкариян.