Zum ersten mal, Forscher haben es geschafft, um zuvor unzugängliche details bestimmter chemischer Prozesse. Sie haben gezeigt, gibt es erhebliche diskrete Phasen dieser Prozesse, die bauen Sie auf unser wissen von der chemischen Synthese. Diese Informationen können Hilfe bei der Entwicklung von Methoden zur Synthese von Chemikalien, die mit mehr Kontrolle und Präzision als je zuvor. Methoden wie dieser könnte nützlich sein, in den Materialwissenschaften und in der Arzneimittel-Entwicklung.
„Seit 2007 sind Physiker in der Lage gewesen zu erkennen, ein Traum, über 200 Jahre alt ist-die Fähigkeit zu sehen, vom einzelnen atom“, sagte Projekt-Professor Eiichi Nakamura. „Aber es trifft nicht zu Ende. Unsere Gruppe hat erreicht, über diesen Traum zu schaffen videos von Molekülen zu sehen, die chemischen Reaktionen, die in noch nie da gewesenen detail.“
Nakamura Aktien einen kühnen Ambitionen mit Wissenschaftlern überall, zu entwickeln, neue und nützliche Materialien für die Welt. Um dies zu tun, sein team von der University of Tokyo, Department of Chemistry Wünsche an die master-control von verschiedenen chemischen Prozesse verantwortlich für die material-Synthese. Jedoch ist eine Chemische Synthese ist eine komplizierte Sache, zu studieren.
„Die konventionellen analytischen Methoden wie Spektroskopie und Kristallographie geben uns nützliche Informationen über die Ergebnisse der Prozesse, sondern nur Hinweise darüber, was bei Ihnen“, erklärte Koji Harano, project associate professor in der Nakamura-Gruppe. „Zum Beispiel, wir sind interessiert in metal-organic framework (MOF) – Kristalle. Die meisten Studien beschäftigen sich mit der Entwicklung dieser, sondern verpassen der frühen Phase der Keimbildung, da es schwer ist, zu beobachten.“
Die Transienten Phasen der komplexen chemischen Reaktionen sind schwer zu studieren, da gibt es mehrere zwischengeschaltete Prozesse, die auftreten, zwischen dem start und dem Ende der meisten Reaktionen. Im Prinzip, die einzelnen Stufen sehen konnte, aber in Wirklichkeit war es unmöglich, zu isolieren, die Produkte in jeder Phase und zu sehen, wie diese sich verändert mit der Zeit. Nakamura, Harano und team verbrachte über 10 Jahren auf dieses problem und haben eine Methode entwickelt, die sogenannte molekulare Elektronenmikroskopie.
„Es war ein problem, zwei Teile,“ fuhr Harano. „Auf der großen Skala, es war eine technische Herausforderung kombinieren, um eine einzigartig hohe Auflösung-Elektronen-Mikroskop mit einer schnellen und empfindlichen imaging-sensor für die kontinuierliche video-imaging; während auf der kleinen Skala, mussten wir erarbeiten einen Weg zum erfassen der Moleküle und halten Sie in Platz, so dass die Kamera könnte fangen Sie die Aktion.“
Zu isolieren und zu sichern, insbesondere Moleküle, die das team verwendet eine speziell modifizierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Dies würde snag eine Weitergabe Molekül und halten Sie es fest, aber entscheidend ist, würde sich nicht einmischen mit den Reaktionen dieses Moleküls. Auf diese Weise wird jede Stufe der Reaktion erfolgen würde, an der Spitze der Nanoröhrchen, die wiederum in Position gehalten, der im Brennpunkt des Elektronenmikroskops. Die resultierenden Daten werden in Echtzeit von videos auf die Reaktionen.
„Was uns überrascht viel der Anfang war, dass unser plan funktionierte tatsächlich. Es war eine komplexe Herausforderung, aber wir erstmals visualisiert dieser molekularen videos in 2013“, sagte Harano. „Zwischen damals und heute arbeiteten wir drehen das Konzept ein nützliches Werkzeug. Unser Erster Erfolg war, zu visualisieren und zu beschreiben, ein würfelförmiges Molekül, das einen entscheidenden intermediate form, die Auftritt, während der MOF-Synthese. Es dauerte ein Jahr, zu überzeugen, unsere Kritiker, was wir gefunden haben, ist real.“
Dies ist nur der erste Schritt hin zu der Fähigkeit, die Kontrolle über die Chemische Synthese in eine präzise und kontrollierte Art und Weise — ein Begriff, nennen das die Forscher „rationale Synthese.“ Es ist wichtig, um details zu beobachten von Reaktionen, wie Sie Fortschritte, so können Sie effektiv zerlegt werden. Der Traum vor 200 Jahren war zu sehen, ein atom, der Traum nun ist, Sie zu kontrollieren, um Dinge zu schaffen wie synthetische Mineralien, die für den Bau oder sogar neue Medikamente, um Leben zu retten.