Hunting for isotopes with EELS — ABC Chemicals

Электронная микроскопия обнаруживает молекулы, меченные изотопами, с наноразмерным разрешением 

Исследователи в США использовали электронный микроскоп для непосредственного обнаружения изотопов в определенных местах в молекулах аланина. Этот метод потенциально может быть использован для отслеживания биомолекул в образцах цельных клеток на наноуровне.

Изотопная маркировка является широко используемым методом для понимания химических и биохимических реакций. Атом в одном из реагентов заменяется одним из его изотопов, и, определяя положение изотопа в продукте, химики могут сделать вывод о том, что атом принял реагент в продукт, и раскрыть механизм.

Hunting for isotopes with EELS - ABC Chemicals

Исследователи обычно используют масс-спектрометрию для обнаружения этих изотопных меток, но это разбивает молекулу, что может привести к потере ценной структурной информации. Неразрушающие методы, такие как инфракрасная спектроскопия и рассеяние нейтронов, также могут быть использованы, поскольку они могут обнаруживать различные частоты колебаний химических связей с участием более тяжелых изотопов. К сожалению, объясняет электронный микроскопист Джордан Хахтель из Национальной лаборатории Ок-Риджа в Теннесси: «В этих методах нет реального пространственного разрешения. Они просто взрывают образец, смотрят на поглощение и говорят: «У нас есть это, это и это». Есть некоторые другие высокотехнологичные методы, которые достигают пространственного разрешения, но для каждого есть определенный набор ограничений и компромиссов ».

Hachtel в настоящее время использует электронную спектроскопию потерь энергии (EELS) для обнаружения изотопно-меченных образцов с наноразмерным пространственным разрешением. EELS включает возбуждение образца электронами и измерение того, сколько энергии потеряли прошедшие электроны, чтобы определить энергию процессов, которые они возбуждали в образце. Впервые эта методика была разработана в 1940-х годах, но разброс энергии в электронных пучках до недавнего времени был слишком велик, чтобы разрешать низкоэнергетические возбуждения, такие как колебания связи. Сегодня, однако, электронные пучки очень точной энергии могут быть получены.

Хахтель и его коллеги использовали электронный луч шириной менее 0,1 нм, но наведение его прямо на органическую молекулу быстро разрушило бы образец. Поэтому они направили луч на несколько нанометров, используя электрическое поле вокруг электронов для возбуждения связей молекулы. Определив, что мечение сайта карбоксилата (C ‘) аланина углеродом-13 сместило отклик EELS для связи C’-O на 5 мэВ по сравнению с углеродом-12, команда сканировала луч по образцу, содержащему отдельные кластеры 12С ‘и 13C’-меченые молекулы аланина. Метод может различать изотопически различные кластеры на расстоянии менее 200 нм друг от друга, и авторы предсказывают, что истинное пространственное разрешение метода может составлять десятки нанометров.

Hunting for isotopes with EELS - ABC Chemicals

Теперь исследователи планируют изучить более сложные молекулы: «Мы пытаемся создать атлас того, насколько хорошо мы можем наблюдать все пики в разных аминокислотах в электронном микроскопе и где мы можем разместить изотопные метки, чтобы их можно было использовать в настоящие эксперименты в биохимии », — говорит член команды Хуан Карлос Идробо. «У вас может быть одна ячейка размером 10 нм и другая ячейка на расстоянии 100 нм с совершенно другой структурой, и вы сможете увидеть эти различия».

Изотопные метки — это «одна из первых вещей, на которые вы захотите взглянуть, когда у вас будет зонд с достаточным энергетическим и пространственным разрешением», говорит Филипп Батсон из Университета Рутгерса в США. «Эти результаты согласуются с тем, что находят другие, но это первый документ, который демонстрирует скептически настроенному человеку, что это работает, и показывает условия, которые необходимо создать, чтобы сделать его практичным». Электронный микроскопист Ребекка Николлс из Оксфордского университета соглашается: «В настоящее время это довольно быстро развивающаяся область из-за развития измерительной техники, которая позволила этому огромному увеличению энергетического разрешения EELS. Мы все еще выясняем, где эта техника может быть полезна ».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *