Neues Elektronenmikroskop enthüllt erstmals Nanostruktur der Aminosäuren

Wissenschaftler des Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums beschrieben zunächst die Ergebnisse der Verwendung der Elektronenmikroskopie zur direkten Identifizierung von Isotopen in nanoskaligen Aminosäuren, ohne die Probe in Science zu beschädigen. Diese neue Elektronenmikroskopie-Technologie kann subtile Gewichtsänderungen von Proteinen im Nanomaßstab erkennen und gleichzeitig die Probenintegrität aufrechterhalten. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für tiefere und umfassendere Untersuchungen zum Lebensaufbau.

Isotope werden üblicherweise zur Markierung von Molekülen und Proteinen verwendet. Durch die Messung von Änderungen der molekularen Schwingungseigenschaften kann die Elektronenmikroskopie Isotope mit beispielloser spektraler Genauigkeit und räumlicher Auflösung verfolgen. Diese Technologie zerstört keine Aminosäuren, ermöglicht die Beobachtung der dynamischen Chemie in der realen Welt und schafft die Grundlage für eine große wissenschaftliche Entdeckung einfacher bis komplexer biologischer Strukturen in den Lebenswissenschaften.

"Die Massenspektrometrie ist ein wissenschaftliches Werkzeug zur Darstellung des Atomgewichts und der Isotopenzusammensetzung einer Probe. Normalerweise werden Massenspektrometrie verwendet, um die Isotopenmarkierung makroskopisch zu sehen", sagte Juan Carlos Idrobo, Wissenschaftler und Korrespondent von ORNL. „Massenspektrometrie hat eine extrem hohe Massenauflösung, normalerweise jedoch keine Nano-Auflösung. Dies ist eine zerstörerische Technik. “

Massenspektrometer verwenden Elektronenstrahlen, um Moleküle in geladene Fragmente zu zerlegen und sie dann durch ihr Masse-Ladungs-Verhältnis zu charakterisieren. Durch die Beobachtung der Probe auf einer Makroskala können Wissenschaftler nur statistisch auf die möglicherweise vorhandenen chemischen Bindungen in der Probe schließen. Die Probe wurde während des Experiments zerstört, wobei wertvolle Informationen zurückblieben, die nicht gefunden wurden.

Die neue Elektronenmikroskopie-Technologie des ORNL-Teams bietet einen schonenderen Ansatz. Indem der Elektronenstrahl sehr nahe an der Probe positioniert wird, aber nicht direkt mit der Probe in Kontakt kommt, können die Elektronen Schwingungen anregen und detektieren, ohne die Probe zu beschädigen, wodurch die biologische Probe über einen längeren Zeitraum bei Raumtemperatur betrachtet werden kann.

"Unsere Technologie ist die perfekte Ergänzung zu Makromassenspektrometrie-Experimenten", sagte Hachtel. "Durch vorherige Kenntnis des Massenspektrometers können wir die Stelle der Isotopenmarkierung eingeben und räumlich auflösen, die letztendlich in der Realraumprobe vorhanden ist."

Zusätzlich zu den Biowissenschaften kann die Technologie auch auf andere weiche Materialien wie Polymere und Quantenmaterialien angewendet werden, bei denen die Isotopensubstitution eine Schlüsselrolle bei der Steuerung der Supraleitung spielen kann.