Aangezien het leven grotendeels gebaseerd is op water, onze moleculen bewegen, trillen en salto's maken in een vloeibare omgeving. Maar elektronenmicroscopie - een techniek om een ​​statische versie van deze nanowereld te bestuderen - is bijna onmogelijk te gebruiken om bewegende moleculen te zien, omdat de invallende elektronenstraal de monsters beschadigt. Wetenschappers van het Centrum voor Zachte en Levende Materie, binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS), melden een belangrijke verbetering op dit gebied.

Deze studie, gepubliceerd in ACS Nano , is de eerste die zwaar water gebruikt (D ₂ O) - een vorm van water die deuterium (D) bevat in plaats van waterstof - op het gebied van transmissie-elektronenmicroscopie (TEM). Deze aanpak vertraagt ​​aanzienlijk de schade aan het monster, wat een van de belangrijkste belemmeringen is voor een bredere toepassing van TEM in de vloeibare fase op fragiele biologische monsters.

Bij elektronenmicroscopie, elektronen die tegen het monster worden uitgezonden, hebben een veel kortere golflengte dan licht, ze zijn dus beter geschikt om informatie te geven over afzonderlijke moleculen. Anderzijds, de elektronenstraal is extreem krachtig en kan het preparaat beschadigen vanwege zijn hoge energie, die een elektrische lading genereert en de chemische bindingen verbreekt.

IBS-onderzoekers gebruikten een klein zakje gevuld met vloeistof ingeklemd tussen atomair dunne vellen grafeen, waarbinnen de monstermoleculen vrij kunnen bewegen en beschermd zijn tegen elektrische oplading, en testte verschillende soorten vloeistoffen om degene te vinden die het monster langer bewaart. "In tegenstelling tot de gebruikelijke benadering om de energie van de elektronenstraal te verminderen om schade aan monsters te vertragen, we hebben ons gericht op het afstemmen van de omgeving - het water waarin de moleculen van belang zijn opgelost, " zegt Huan Wang, co-auteur van de studie.

IBS-wetenschappers hebben aangetoond dat het gebruik van zwaar water verschillende voordelen heeft ten opzichte van concurrerende methoden. NS ₂ O vertraagt ​​het meest effectief niet alleen de vorming van gasbellen, maar ook structurele schade van individuele polymeermoleculen. vergeleken met H ₂ O, NS ₂ O heeft nog een neutron, wat betekent dat het zwaarder is, dus moeilijker te dissociëren in radicalen, en minder reactief in het daaropvolgende schadelijke proces.

"Zwaar water presteert minstens een factor twee tot vijf beter dan de concurrerende methoden, " zei Kandula Hima Nagamanasa, co-auteur van de studie. "Omdat de vorming van bellen wordt vertraagd en de moleculen twee keer zo lang zichtbaar waren."

Een even belangrijk voordeel is dat D ₂ O is een onschadelijke zonnebrandcrème. Het voorbeeld, een polymeer van polystyreensulfonaat in dit geval, vertoonde hetzelfde patroon van dynamiek en vergelijkbaar contrast in D ₂ O en in het water.

"In de toekomst, we zijn van plan deze studie uit te breiden tot meer complexe macromoleculen, zoals DNA en eiwitten, " legde Steve Granick uit, directeur van het IBS-centrum en corresponderende auteur van de studie. "Bovendien, de studie opent mogelijkheden om langetermijnverschijnselen in andere gerelateerde microscopietechnieken te observeren, zoals cryoEM (cryogene elektronenmicroscopie), en om meer statistische informatie te krijgen over complexe fenomenen, zoals zelfassemblage van afzonderlijke moleculen tot complexere biologische structuren."