Marie Rousseau Un energy de recherche de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign dirigé par Pinshane Huang accélère les procedures d’imagerie pour visualiser clairement les structures de petites molécules – un processus autrefois considéré comme extremely hard. des plastiques aux produits pharmaceutiques.
Le professeur agrégé du Département de science et génie des matériaux s’est associé aux co-auteurs principaux Blanka Janicek, ancienne élève de 21 ans et put up-doctorante au Lawrence Berkeley Countrywide Laboratory à Berkeley, en Californie, et Priti Kharel, étudiante diplômée du Département de chimie.
Les co-auteurs supplémentaires incluent l’étudiant diplômé Sang hyun Bae et les étudiants de premier cycle Patrick Carmichael et Amanda Loutris. Leurs recherches évaluées par des pairs ont récemment été publiées dans Nano Letters.
Les attempts de l’équipe exposent la structure atomique de la molécule, permettant aux chercheurs de comprendre comment elle réagit.
“La composition d’une molécule est tellement fondamentale pour sa fonction”, a déclaré Huang. “Ce que nous avons fait dans notre travail, c’est de permettre de voir directement cette framework.”
Kharel partage à quel position il est essential en donnant l’exemple d’un médicament connu sous le nom de thalidomide.
Découverte dans les années 60, la thalidomide était prescrite aux femmes enceintes pour traiter les nausées matinales et s’est avérée in addition tard causer de graves malformations congénitales ou, dans certains cas, même la mort.
Qu’est ce qui ne s’est pas bien passé? Le médicament avait des structures moléculaires mixtes, l’une responsable du traitement des nausées matinales et l’autre causant malheureusement des effets néfastes dévastateurs sur le fœtus.
Le besoin d’une science proactive et non réactive a poussé Huang et ses étudiants à poursuivre cet work de recherche qui a commencé à l’origine par pure curiosité.
“Il est tellement very important de déterminer avec précision les buildings de ces molécules”, a déclaré Kharel.
En règle générale, les constructions moléculaires sont déterminées avec des methods indirectes. Pire encore, les méthodes indirectes peuvent produire des constructions incorrectes qui donnent aux scientifiques une mauvaise compréhension de la composition d’une molécule pendant des décennies. L’ambiguïté entourant les structures des petites molécules pourrait être éliminée en utilisant des méthodes d’imagerie directe.
Au cours de la dernière décennie, Huang a vu des progrès significatifs dans la technologie de microscopie électronique cryogénique.
“La concern que j’avais était : qu’est-ce qui les empêche de faire la même chose pour les petites molécules ?” dit Huang. “Si nous pouvions faire cela, vous pourriez être en mesure de résoudre la framework (et) de comprendre remark synthétiser un composé naturel fabriqué par une plante ou un animal. Cela pourrait s’avérer très critical, comme un outstanding combattant des maladies”, dit Huang.
Le défi est que les petites molécules sont souvent 100 voire 1 000 fois furthermore petites que les grosses molécules, ce qui rend leurs constructions difficiles à détecter.
Déterminés.
Contrairement aux grosses molécules, les signaux d’imagerie des petites molécules sont facilement submergés par leur environnement. Au lieu d’utiliser de la glace, qui sert généralement de couche de security contre l’environnement hostile du microscope électronique, l’équipe a conçu un autre strategy pour maintenir intactes les structures des petites molécules.
Remark tempérer l’environnement d’une molécule.
une couche unique d’atomes de carbone qui forment un réseau serré en nid d’abeille en forme d’hexagone, dissipe les réactions dommageables lors de l’imagerie.
La stabilisation de l’environnement de la petite molécule n’était qu’un des problèmes que les chercheurs de l’Illinois devaient gérer. L’équipe a également dû limiter son utilisation d’électrons, aussi bas qu’un millionième du nombre d’élections normalement utilisées, pour illuminer les molécules.
a déclaré Janicek.
Malheureusement. les molécules étaient presque invisibles dans l’image.
“Lorsqu’ils prennent une image à faible dose, cela ressemble initialement à du bruit ou à de la télévision statique – presque comme si rien n’était là”, a déclaré Huang.
L’astuce consistait à isoler les buildings atomiques de ce bruit en utilisant une transformée de Fourier – une fonction mathématique qui décompose l’image de la petite molécule – pour voir sa fréquence spatiale.
a déclaré Kharel.
notre résolution s’est améliorée”, a déclaré Huang. “Et puis un jour, mes étudiants sont venus et m’ont montré les atomes de carbone individuels – c’est une réalisation majeure. Et bien sûr.”
Cette découverte collective ouvre la voie à de nombreuses autres découvertes d’imagerie de molécules structurelles.
“Il y a eu tout ce champ de petites molécules qui ont été laissées de côté, pour ainsi dire. Nous mettons en lumière remark y arriver en tant que champ ? Remark faisons-nous cette selected qui pour nous en ce moment est très difficile?” dit Huang. “Un jour, ce ne sera pas le cas – c’est l’espoir.”
”
“Cela alter potentiellement la vie, et nous l’avons fait exister”, a déclaré Huang. “Nous n’avons pas encore simplifié les choses, mais des methods d’imagerie comme celle-ci vont tellement changer la science et la technologie.”
