Pour la première fois, les scientifiques ont réussi à étudier la force des liaisons hydrogène dans une seule molécule à l'aide d'un microscope à force atomique. Des chercheurs du réseau Swiss Nanoscience Institute de l'Université de Bâle ont rapporté les résultats dans la revue Avancées scientifiques .

L'hydrogène est l'élément le plus commun dans l'univers et fait partie intégrante de presque tous les composés organiques. Les molécules et sections de macromolécules sont reliées les unes aux autres par des atomes d'hydrogène, une interaction connue sous le nom de liaison hydrogène. Ces interactions jouent un rôle important dans la nature, car ils sont responsables de propriétés spécifiques de protéines ou d'acides nucléiques et, par exemple, assurez-vous également que l'eau a une température d'ébullition élevée.

À ce jour, il n'a pas été possible d'effectuer une analyse spectroscopique ou au microscope électronique de l'hydrogène et des liaisons hydrogène dans des molécules individuelles, et les investigations utilisant la microscopie à force atomique n'ont pas non plus donné de résultats clairs.

Dr Shigeki Kawai, de l'équipe du professeur Ernst Meyer à l'Institut suisse des nanosciences et au Département de physique de l'Université de Bâle, a maintenant réussi à utiliser un microscope à force atomique à haute résolution pour étudier les atomes d'hydrogène dans des composés d'hydrocarbures cycliques individuels.

Choisir les bonnes molécules pour une vision claire

En étroite collaboration avec des collègues du Japon, les chercheurs ont sélectionné des composés dont la configuration ressemble à celle d'une hélice. Ces hélices se disposent sur une surface de telle sorte que deux atomes d'hydrogène pointent toujours vers le haut. Si la pointe du microscope à force atomique, qui est fonctionnalisé avec du monoxyde de carbone, est suffisamment rapproché de ces atomes d'hydrogène, des liaisons hydrogène se forment et peuvent ensuite être examinées.

Les liaisons hydrogène sont beaucoup plus faibles que les liaisons chimiques, mais plus fort que les interactions intermoléculaires de van der Waals. Les forces et distances mesurées entre les atomes d'oxygène à la pointe du microscope à force atomique et les atomes d'hydrogène du propulseur correspondent très bien aux calculs effectués par le professeur Adam S. Foster de l'Université Aalto en Finlande. Ils montrent que l'interaction implique clairement des liaisons hydrogène. Les mesures signifient que les forces de van der Waals beaucoup plus faibles et les liaisons ioniques plus fortes peuvent être exclues.

Avec cette étude, Les chercheurs du réseau Swiss Nanoscience Institute de l'Université de Bâle ont ouvert de nouvelles voies pour identifier des molécules tridimensionnelles telles que des acides nucléiques ou des polymères via l'observation d'atomes d'hydrogène.