Все новости

Взрыв "углеродного наномяча" впервые попал на видео

Ученые смогли запечатлеть, как лазер разрушил молекулу фуллерена - соединения, структура которого похожа на футбольный мяч
Изображение фуллерена REUTERS
Описание
Изображение фуллерена
© REUTERS

24 сентября, ТАСС. Американский рентгеновский лазер LCLS впервые смог проследить за тем, как распадается на части фуллерен, шарообразная молекула из 60 атомов углерода. Благодаря этим снимкам ученые узнали неожиданные особенности в их уничтожении. Статью с описанием работы опубликовал научный журнал Nature Physics.

"Мы показали, что фуллерены действительно можно использовать в качестве аналогов других сложных молекул. Они состоят только из одного типа атомов и имеют симметричную структуру, что позволяет легко просчитывать их поведение и экспериментировать с ними на практике, готовясь к другим опытам", - рассказал один из авторов исследования, Робин Сантра из Немецкого синхротронного центра DESY в Гамбурге.

Симуляция того, как лазер разрушает молекулу фуллерена
© DESY, Zoltan Jurek

Рентген для бактерий

Для того, чтобы получить "атомные" фотографии различных биологических молекул, бактерий, вирусов и тканей тела, ученые сегодня повсеместно используют рентгеновские лазеры и гамма-излучатели. Кроме того, с их помощью можно изучать структуру новых перспективных неорганических материалов.

Создание подобных источников рентгеновского излучения - крайне дорогое и сложное занятие, так как для их работы обычно требуется мощный ускоритель частиц. По этой причине за последние десятилетия было построено лишь несколько мощных лазеров на свободных электронах, что заметно ограничивает исследователей в доступе к подобным приборам.

Сантра и его коллеги использовали одну из подобных установок - американский лазер LCLS - для наблюдений за тем, как вспышки рентгеновского лазерного излучения воздействуют на сложные молекулы и разрушают их. Как объясняет физик, эти опыты нужны для того, чтобы понять, можно ли изучать белки и другие компоненты живых клеток подобным образом без их предварительной подготовки.

Дело в том, что сейчас ученым приходится замораживать изучаемые молекулы и готовить особые кристаллы, которые затем просвечиваются при помощи рентгеновского лазера. Многие белки крайне сложно стабилизировать и превратить в подобную конструкцию. Из-за этого либо невозможно напрямую изучать их структуру, либо этот процесс затягивается на многие годы.

Лазерный "футбол"

Европейские физики и их коллеги из Японии и США проверили, можно ли обойтись без этой процедуры. Они проследили за тем, как пучки рентгеновского излучения, которые вырабатывает LCLS, разрушают шарообразные молекулы фуллерена, одного из первых наноматериалов, открытых учеными за последние полвека.

С одной стороны, эти опыты подтвердили, что структуру "наномячей" можно рассмотреть, используя парные импульсы рентгеновского излучения, один из которых будет разрушать молекулу, а второй "подсвечивать" ее фрагменты, которые еще не успели разлететься в стороны.

С другой, ученые обнаружили, что распад фуллерена шел не по тому сценарию, который они ожидали увидеть. Оказалось, что этот процесс запускается далеко не сразу, и при этом углеродная наноконструкция не "взрывается", а испаряется. Это выражается в том, что атомы углерода относительно медленно покидают молекулу, при этом часто сохраняя все свои электроны.

Подобным образом, как предполагает Сантра, ведут себя и сложные белковые молекулы. Это позволяет детально изучить их трехмерную структуру, не замораживая их и не меняя их устройства. Это ускорит создание вакцин от ВИЧ и других вирусов, механизмы работы которых ученые еще не до конца выяснили, заключают авторы исследования.