Capturer le mouvement des molécules n'est pas une tâche facile. Scientifiques du Centre de la Matière Douce et Vivante, au sein de l'Institute for Basic Science (IBS) ont pu observer le mouvement de molécules stockées dans une poche de graphène sans avoir besoin de les colorer. Publié dans Matériaux avancés , cette étude ouvre la voie à l'observation de la dynamique des briques du vivant, comme les protéines et l'ADN, ainsi que l'auto-assemblage d'autres matériaux.

Un tiers du diamètre d'un cheveu humain est approximativement la plus petite taille que les yeux humains puissent voir sans aide. Pour distinguer des objets plus petits, nous avons besoin de microscopes. On peut apprécier les cellules et les bactéries au microscope optique, tandis que les virus et les molécules ne sont visibles qu'au microscope électronique. Dans ce dernier, les images sont formées par des électrons projetés sur un échantillon. Comme les électrons ont une longueur d'onde beaucoup plus courte que la lumière, la microscopie électronique fournit un grossissement beaucoup plus élevé que la microscopie optique. Cependant, le faisceau d'électrons détruit l'échantillon et si de l'eau est présente, il a tendance à se décomposer en bulles. Par conséquent, la microscopie électronique est adaptée pour visualiser l'inerte, échantillons morts, tandis que la matière vivante est chimiquement verrouillée en place.

Les scientifiques d'IBS ont enfreint cette règle et ont visualisé des chaînes d'atomes non fixes, appelés polymères, nageant dans un liquide à l'intérieur des poches de graphène. Ceux-ci se composent de 3 à 5 couches de graphène en bas et de deux en haut. Les feuilles sont imperméables aux petites molécules, et également empêcher le faisceau d'électrons d'endommager instantanément l'échantillon :les scientifiques disposaient en moyenne de 100 secondes pour admirer le mouvement dynamique des molécules de polymère individuelles, avant qu'ils ne soient détruits par le faisceau d'électrons. Pendant ces précieuses secondes, les molécules changent de position, réorganiser ou "sauter". "C'était incroyable de voir ces macromolécules organiques flexibles danser, " dit Hima Nagamanasa, premier co-auteur de l'article. « Les molécules se déplacent beaucoup plus rapidement en vrac. Nous avons été surpris de voir qu'elles se déplacent plus lentement ici. Nous pensons que l'attachement à la surface de la poche a joué en notre faveur pour les ralentir, sans cela, nous ne verrions probablement qu'une image floue."

Précédemment, les scientifiques devaient colorer des échantillons avec des molécules de métal ou de colorant pour les rendre visibles à l'intérieur de la poche de graphène. Le métal a une haute réflexibilité, ce qui signifie qu'il peut briller, il peut donc être utilisé pour obtenir de bonnes images. Cependant, les liaisons chimiques entre l'échantillon et le métal ou le colorant modifient les caractéristiques de la molécule échantillon. Dans cette étude, la poche de graphène est suffisamment fine pour que son contenu puisse être observé en temps réel sans aucune coloration.

En particulier, les scientifiques ont travaillé avec deux polymères :un avec du soufre, sulfonate de polystyrène, et un sans, oxyde de polyéthylène. Cela leur a permis de montrer que le contraste au microscope provient de la structure du polymère - constituée d'atomes de carbone et d'hydrogène - plutôt que du soufre. "La plupart des molécules produites par les organismes vivants ont une épine dorsale faite de carbone et d'hydrogène, et c'est pourquoi nous espérons étendre cette recherche à l'étude des interactions entre l'ADN et les protéines, " explique le premier co-auteur Huan Wang. De plus, puisque les scientifiques ont utilisé un microscope électronique standard, ils s'attendent à ce que cette technique soit utilisée dans d'autres laboratoires.