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Visualizando o interior de uma molécula, usando luz.

Um grupo internacional com a participação do DIPC (Donostia International Physics Center) e do Centro de Física de Materiais (CSIC- University of the Basque Country [UPV/EHU]) (Espanha) conseguiu resolver e identificar, com uma resolução sem precedentes, uma única molécula orgânica utilizando luz. A prestigiosa revista Nature publicou e destacou este trabalho que abre portas para possíveis aplicações tecnológicas em fotoquímica e nanotecnologia

O trabalho de pesquisa liderado pelos pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) e do qual Javier Aizpurua, pesquisador da DIPC e da CSIC- UPV/EHU participou, conseguiu resolver e identificar pela primeira vez uma única molécula orgânica, com uma resolução na faixa subnanométrica, utilizando luz. Nas palavras de Javier Aizpurua: "Temos sido capazes de olhar o 'interior' de uma única molécula e identificar de que tipo ela é, simplesmente utilizando luz". Este resultado, sem precedentes, foi publicado na prestigiosa revista Nature, onde tem sido destaque por sua relevância.



Painel superior esquerdo: Mapa experimental de uma molécula de porfirina isolada para um dado modo vibracional. Painel inferior esquerdo: Cálculo teórico do modo vibracional mostrando a impressão digital da molécula. Painel da direita: Estrutura da molécula usada no experimento.

Créditos: Theory of Nanophotonics Group at CSIC and DIPC.


A luz visível é uma onda eletromagnética cujo comprimento está na faixa de 400 nm (azul) e 750 nm (vermelho). Devido ao que é conhecido como o limite de resolução de difração, é impossível utilizar luz visível para resolver diretamente ou fotografar objetos com um tamanho menor do que metade do comprimento de onda da luz, ou seja, menor que 200 nm. Para superar esta limitação, nos últimos anos especialistas em nanofotônica utilizaram partículas metálicas que atuam como antenas ópticas minúsculas, concentrando e aumentando o espectro da luz visível em escala nanométrica. Entretanto, mesmo esta técnica tem tido suas limitações e dificuldades quando se tenta resolver objetos nanométricos.

A resolução óptica alcançada nesta pesquisa, até então nunca obtida, foi possível graças ao uso combinado da técnica de microscopia de varredura por tunelamento (STM) sob condições de ultra-alto vácuo e baixas temperaturas, com a técnica TERS (Tip Enhanced Raman Spectroscopy), que aumenta drasticamente o campo que atua sob a molécula localizada na cavidade da ponta do microscópio.

O grupo de optoeletrônica da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC), liderado pelo Dr. Zhenehao Dong, combina estas duas técnicas, de modo engenhoso, que permite "fotografar" moléculas orgânicas, pela primeira vez, em uma escala subnanométrica. A sintonia absoluta das oscilações coletivas dos elétrons na ponta do microscópio, os assim chamados plasmons, com a vibração da molécula permitem gerar um sinal óptico com uma resolução abaixo de um nanômetro.

Quando a ponta do microscópio varre a molécula, o sinal Raman emitido em cada ponto permite identificar sua assinatura vibracional de tal forma que, além de olhar "dentro" da molécula, é simultaneamente possível identificar sua estrutura química. Javier Aizpurua explicou que "é como olhar o 'interior' da molécula e tomar suas impressões digitais".

Este nível de resolução só tem sido possível até agora utilizando elétrons como sondas, mas nesta pesquisa são os fótons de luz no visível que conseguem alcançar a miraculosa façanha de identificar uma molécula, indo além de todos os limites de difração óptica até então conhecidos.

Os resultados deste trabalho abrem as portas para a identificação direta das moléculas quando sua concentração é muito pequena, conseguindo identificar mesmo uma única molécula isolada. Esta capacidade dá origem a uma ampla gama de possíveis aplicações tecnológicas, tais como biossensores para a análise de cadeias moleculares, na área da saúde e de segurança na detecção de substâncias perigosas, e em saúde pública no controle da qualidade dos alimentos, entre outros.


Nota do Scientific Editor - O trabalho "Chemical mapping of a single molecule by plasmon-enhanced Raman scattering", que deu origem a esta notícia, é de autoria de R. Zhang, Y. Zhang, Z. C. Dong, S. Jiang, C. Zhang, L. G. Chen, L. Zhang, Y. Liao, J. Aizpurua, Y. Luo, J. L. Yang e J. G. Houde foi publicado na revista Nature, número 498, págs. 82-86 (2013), DOI: 10.1038/nature12151.

Basque Research (Tradução - AGS).


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