Voor de eerste keer, wetenschappers zijn erin geslaagd de sterkte van waterstofbruggen in een enkel molecuul te bestuderen met behulp van een atoomkrachtmicroscoop. Onderzoekers van het Swiss Nanoscience Institute-netwerk van de Universiteit van Basel hebben de resultaten in het tijdschrift gerapporteerd wetenschappelijke vooruitgang .

Waterstof is het meest voorkomende element in het universum en is een integraal onderdeel van bijna alle organische verbindingen. Moleculen en secties van macromoleculen zijn met elkaar verbonden via waterstofatomen, een interactie die bekend staat als waterstofbinding. Deze interacties spelen een belangrijke rol in de natuur, omdat ze verantwoordelijk zijn voor specifieke eigenschappen van eiwitten of nucleïnezuren en, bijvoorbeeld, zorg er ook voor dat water een hoge kooktemperatuur heeft.

Daten, het is niet mogelijk geweest om een ​​spectroscopische of elektronenmicroscopische analyse uit te voeren van waterstof en de waterstofbruggen in afzonderlijke moleculen, en onderzoeken met behulp van atoomkrachtmicroscopie hebben ook geen duidelijke resultaten opgeleverd.

Dr. Shigeki Kawai, van het team van professor Ernst Meyer aan het Zwitserse Nanoscience Institute en de afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Basel, is er nu in geslaagd een atoomkrachtmicroscoop met hoge resolutie te gebruiken om waterstofatomen in afzonderlijke cyclische koolwaterstofverbindingen te bestuderen.

De juiste moleculen kiezen voor een duidelijk beeld

In nauwe samenwerking met collega's uit Japan, de onderzoekers selecteerden verbindingen waarvan de configuratie lijkt op die van een propeller. Deze propellanen rangschikken zich op een oppervlak zodanig dat twee waterstofatomen altijd naar boven wijzen. Als de punt van de atoomkrachtmicroscoop, die is gefunctionaliseerd met koolmonoxide, dicht genoeg bij deze waterstofatomen wordt gebracht, waterstofbruggen worden gevormd die vervolgens kunnen worden onderzocht.

Waterstofbindingen zijn veel zwakker dan chemische bindingen, maar sterker dan intermoleculaire van der Waals-interacties. De gemeten krachten en afstanden tussen de zuurstofatomen aan het uiteinde van de atoomkrachtmicroscoop en de waterstofatomen van het drijfgas komen goed overeen met de berekeningen van prof. Adam S. Foster van de Aalto Universiteit in Finland. Ze laten zien dat de interactie duidelijk betrekking heeft op waterstofbruggen. Door de metingen kunnen de veel zwakkere van der Waals-krachten en de sterkere ionbindingen worden uitgesloten.

Met deze studie, de onderzoekers van het Swiss Nanoscience Institute-netwerk van de Universiteit van Basel hebben nieuwe manieren geopend om driedimensionale moleculen zoals nucleïnezuren of polymeren te identificeren via observatie van waterstofatomen.