연구원 연구원 Suenaga Kazuchi와 Liu Yun은 국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 "AIST"), Nanocarbon Research Center (회장 IIJima Sumoit), 카본 측정 팀 및 평가자 인 Katura Hiromi 및 Everatiers 일본 과학 기술 기관 (Okimura Noriki의 회장) (이하 "JST")의 자체 조직 전자 연구 그룹의 카즈 히로 (Kazuhiro)는 전자 현미경을 사용하여 각 생물 분자를 관찰하는 방법을 고안했다 구체적으로, "로투스 바카라"Fullerene분자와 결합하여Carbon Nanotube단일 분자의 구조적 변화를 직접 관찰하는 성공적인 방법이었습니다
로투스 바카라 분자의 경우 구조 별cis and transforms가 있으며, 빛은 시스에서 트랜스 형태로 구조적 변화를 일으킨다 이 변화는 시력의 첫 단계입니다 (로투스 바카라으로 들어가는 빛은 전기 신호가되어 시신경과 뇌로 전달됩니다) 그러나, CIS 형태와 로투스 바카라 분자의 형태가 단일 분자 수준에서 확인 된 것은 세계 최초입니다
탄소 나노 튜브에 제한함으로써 생체 분자를 관찰하는 방법은 원자력 및 분자 수준에서 생물학적 기능을 밝히는 새로운 방법이며, 미래에 널리 사용될 것으로 예상된다
이 연구에 대한 자세한 내용은Nature Nanotechnology2007 년 7 월호에서 발표 될 예정 (7 월 1 일 온라인 릴리스 (영국 시간)
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| 탄소 나노 튜브에 갇힌 로투스 바카라 분자 왼쪽 : CIS 유형, 오른쪽 : 변압기 유형 |
최근 분자 생물학에서, 단일 분자를 직접 관찰하여 기본 생물학적 기능을 이해하는 데 도움이되는 단일 분자 영상 기술에 대한 수요가 급격히 증가하고있다 광학 현미경과 비교하여 전자 현미경은 매우 높은 공간 분해능을 가지며 단일 분자 수준에서 구조를 관찰 할 수 있지만 단일 분자 수준에서 관찰되는 생체 분자의 성공적인 예는 많지 않습니다 이는 생체 분자가 전자 빔으로 인한 손상에 취약하고 관찰 중 손상을 줄이는 방법, 또는 관찰 할 시편을 고정시키는 방법이 확립되지 않았기 때문입니다 눈의 로투스 바카라 내에서 빛과 변화를 감지하는 로투스 바카라 분자와 같은 탄소 이중 결합 (-c = c-)으로 인한 시스-및 트랜스 형태의 구조적 변화를 관찰하는 것은 분자 수준에서 시각적 메커니즘을 이해하는 데 매우 중요하지만, 높은 공간 해상도와 관찰의 정확성으로 인해 지금까지 실현되었다
AIST는 원자 및 생물학적 분자를 포함하여 원자 수준에서 연구 사명으로서 유기 및 생물학적 분자를 포함한 탄소 재료를 평가하기 위해 기술 개발을 위해 노력하고 있으며, "구조를 제어하고 나노 튜브 내에서 묶인 원자와 분자의 물리적 특성을 밝히는 것"(과학 연구, 스포츠, 기술, 기술의 과학 연구, 스포츠, 기술)을 목표로하고 있습니다 특히 2006 년부터 이러한 결과를 활용하여 JST의 전략적 창조적 인 연구 촉진 팀 유형 연구 프로젝트 (CREST), "분자 및 원자 수준에서 연질 물질을 관찰 할 수있는 저속한 고감도 전자 현미경의 개발"을 통해 콘크리트 장치 개발을 위해 노력해 왔습니다 (Principal Researcher : Suenaga Kazutomo) 이러한 연구 주제의 목표는 "분자 모델을보고있는 것처럼 유기 분자와 생체 분자의 구조적 변화를 관찰하는 것"입니다 특히, 우리는 탄소 나노 튜브 내부의 분자를 제한하여 운동 속도를 늦추고, 전자 빔의 작용으로 인한 열 생성을 억제하고, 인접 분자들 사이의 화학 반응 가능성을 제거함으로써 단일 분자를 직접 관찰하는 방법을 고안했다 이러한 기술 외에도이 연구에는 전자 현미경의 가속 전압을 낮은 수준으로 유지하면서도 공간 분해능 (전자 현미경 해상도)을 개선 할 수있는 자기장 렌즈가 포함되었습니다구형 수차 보정기술이 021nm에서 014nm에서 014nm에서 공간 해상도를 개선하기위한 기술이 도입되었습니다 이러한 기술을 사용하여, 우리는 단일 분자 CIS- 트랜스 이성질체를 식별하려고 시도했다
이 연구는 시각적 물질에 대한 "Rhodopsin라는 단백질의 부품 (Photoreceptor)을 관찰하는 것을 목표로했습니다 특히, CIS 및 트랜스 형태의 로투스 바카라 분자 및 동적 관찰은 모두 시력의 첫 단계 인 로투스 바카라 분자의 거동을 이해하는데 매우 중요하다 (도 1) 이를 위해, 로투스 바카라 분자를 안정화시키고 단일 분자로 고정시킬 필요가 있지만, 우리는 로투스 바카라 분자를 풀러렌 분자와 결합하여 탄소 나노 튜브 내에 배치함으로써 전자 현미경을 가능하게하려고 시도했다
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| 그림 1 로투스 바카라에서 로투스 바카라 분자의 광 이성질체 화의 도식 (CIS에서 트랜스 형태로의 이성질체화) |
먼저, 우리는 로투스 바카라 분자가 풀러렌 분자에 결합 된 물질을 합성 하였다 (도 2) 풀러렌 분자는 탄소 나노 튜브의 내부로 들어가는 경향이있는 물질로 알려져 있지만, 로투스 바카라 분자를 풀러렌 분자에 결합함으로써, 이들은 모두 탄소 나노 튜브에 혼입된다고 생각된다 이 연구에서, 개방형 탄소 나노 튜브를 로투스 바카라 및 풀러렌에 결합한 분자의 포화 클로로포름 용액에 첨가하고 가열 하였다 전자 현미경은이 절차가 로투스 바카라 분자를 탄소 나노 튜브에 포함시키는 데 성공했음을 확인했다 탄소 나노 튜브는 열과 전하를 쉽게 통과하기 때문에, 분자가 탄소 나노 튜브에 포함될 때 분자가 안정화되는 방법에 대한 몇 가지 알려진 예가 있지만, 로투스 바카라 분자는 또한 전자 현미경 관찰을 안정화하고 견딜 수있는 것으로 밝혀졌다 Fullerene의 둥근 구조는 또한 전자 현미경 아래에서 쉽게 찾을 수 있었고 원하는 로투스 바카라 분자를 쉽게 구별하는 마커 역할을했습니다
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| 그림 2 : Fullerene 분자에 결합 된 로투스 바카라 분자 (왼쪽 : CIS 형태, 오른쪽 : 트랜스 양식) |
도 3은 우리가 관찰 한 로투스 바카라 분자의 전자 현미경 이미지이다 로투스 바카라 분자가 중간에 구부러지고 라인에 더 가까운 "트랜스 형성"(오른쪽)을 명확하게 식별 할 수있는 "cis 자형"(왼쪽)을 명확하게 식별 할 수 있습니다 이것은 기초 과학 측면에서 매우 중요한 성과이며, 이는 탄소-탄소 이중 결합 (-c = c-) 구조의 직접적인 관찰이 가능해 졌음을 나타냅니다 이것은 탄소 나노 튜브의 분자 보호 효과와 전자 현미경의 개선 된 공간 분해능의 조합의 결과입니다 비디오에서, 구조를 변화시키는 로투스 바카라 분자의 이미지는 관찰 중에 매 순간마다 보입니다 (그림 4) 여기서 관찰 된 로투스 바카라 분자 구조의 시간적 변화는 인간이 실제로 사물을 볼 때 로투스 바카라에서 로투스 바카라 분자의 움직임을 모방하는 것으로 생각된다 실제 로투스 바카라 분자는 로돕신 (단백질)에 갇히고 탄소 나노 튜브에 갇힌 로투스 바카라 분자와 정확히 동일한 상태가 아니지만, 기본 구조적 변화는 거의 동일 할 것으로 예상된다 또한, 전자 현미경 하에서 관찰하는 동안 빛이 조사되지 않지만, 전자 빔에 노출 될 때 구조는 변화한다 시스에서 트랜스 형태로의 변화는 빛으로 인한 것과 동일하다고 생각된다 다시 말해,이 비디오를보고있는 사람들의 로투스 바카라에있는 로투스 바카라 분자는 이번에는 전자 현미경에서 관찰 된 것과 같은 방식으로 움직이고 있다고 믿어집니다
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그림 3 전자 현미경으로 채취 한 탄소 나노 튜브의 로투스 바카라 분자 및 회로도
CIS 양식 (왼쪽) 및 트랜스 양식 (오른쪽)을 명확하게 식별 할 수 있습니다 Fullere Look Round
n 분자 화살표는 시스 모양의 부분과 트랜스 형태로 바뀌는 부분을 나타냅니다 |
로투스 바카라 분자의 구조적 변화를 명확하게 포착함으로써, 우리는 유사한 기능을 갖는 바이오 센서를 개발하고 원자 및 분자 수준에서 다른 생물학적 기능을 이해할 계획이다