Сотрудники Исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе (Швейцария) и Абердинского университета (Великобритания) продемонстрировали возможности сканирующей микроскопии, установив структуру молекулы органического соединения.

Изучение структуры молекулы цефаландола А методами сканирующей микроскопии. Слева сверху показаны результаты СТМ-измерений, а остальные изображения соответствуют АСМ-наблюдениям: b — необработанные данные, с — то же изображение с наложенной на него моделью цефаландола А, d — трёхмерное представление структуры. (Иллюстрация из журнала Nature Chemistry).

Для того чтобы определить, как атомы соединятся друг с другом в молекуле, учёные обычно используют непрямые методы: ядерную магнитно-резонансную (ЯМР) спектроскопию или рентгеноструктурную кристаллографию. В основе первой лежит явление резонансного поглощения радиочастотной энергии веществом, находящимся во внешнем магнитном поле, а кристаллография опирается на дифракцию рентгеновского излучения. Области применения обеих технологий жёстко ограничены; рентгеноструктурный анализ, к примеру, требует выращивания высококачественных кристаллов, что удаётся далеко не всегда.

В своих экспериментах авторы обратились к методикам сканирующей туннельной (СТМ) и атомно-силовой (АСМ) микроскопии. В прошлом году исследователи показали, что использование сканирующего датчика с прикреплённой к нему молекулой моноксида углерода позволяет применять АСМ для изучения структуры небольшой органической молекулы. Однако описанный в журнале Science опыт нельзя было считать строгой проверкой возможностей АСМ, поскольку учёные сравнивали полученные изображения с уже имевшимися у них точными данными о строении молекулы.

Новая работа лишена этого недостатка. Учёные выбрали в качестве объекта наблюдения цефаландол А — соединение, синтезируемое бактериями Dermacoccus abyssi, которые живут в Марианской впадине при огромном давлении. ЯМР-спектроскопия давала четыре возможных структуры молекулы: специалисты считали одну из них наиболее вероятной, но впоследствии стали отдавать предпочтение другому варианту.

Сами по себе СТМ- и АСМ-изображения молекулы цефаландола А, расположенной на кристалле соли, не позволяли определить, какой из двух вариантов следует считать правильным. Сделать окончательный выбор помогло моделирование: характеристики реального АСМ-изображения удалось повторить модели, соответствующей одной из ЯМР-структур.

К недостаткам новой методики относится то, что структура молекулы, помещённой на поверхность кристалла, может изменяться. «Не думаю, что эта технология заменит собой кристаллографию, — делает вывод не принимавшая участия в исследовании сотрудница Даремского университета (Великобритания) Джудит Говард (Judith Howard). — Отсутствие предварительной информации не мешает проводить рентгеноструктурный анализ, а здесь нам необходимо знать примерную форму молекулы».

Статья подготовлена Филипповым Ю.П. по материалам: