06/06/2013 - Uso de luz para ver el interior de las moléculas

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Un trabajo de investigación liderado por investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), y que ha contado con la colaboración de Javier Aizpurua,  investigador del DIPC y del Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU), ha conseguido por primera vez identificar y ver una única molécula orgánica con una resolución de medio nanómetro utilizando luz. En palabras de Javier Aizpurua, colaborador de la investigación: "Hemos sido capaces de mirar "dentro" de una única molécula e identificar de qué especie se trata utilizando simplemente luz". Este resultado sin precedentes, ha merecido su publicación en la prestigiosa revista Nature, donde además ha sido destacado por su relevancia.

La luz visible es una onda electromagnética cuya longitud de onda se sitúa entre 400 nanómetros (nm), el azul y 750 nm, el rojo.  Debido a lo que se conoce en óptica como límite de difracción, utilizando luz resulta imposible "fotografiar" directamente objetos con un tamaño menor que la mitad de la longitud de onda utilizada, es decir menos que 200 nm. Para conseguir batir este límite, durante los últimos años los especialistas en Nanofotónica han utilizado partículas metálicas que actúan como diminutas antenas ópticas, concentrando y aumentando la luz del espectro visible en la escala nanométrica. Pero, incluso esta técnica tiene sus limitaciones y dificultades para visualizar objetos nanométricos.

Resolución óptica sin precedentes

El grupo de optoelectrónica del USTC liderado por el Dr. Zhenchao Dong ha conseguido batir todos los límites. Combinado dos técnicas experimentales, por primera vez, han podido "fotografiar" con luz una única molécula aislada con una resolución por debajo de un nanómetro. La combinación de la técnica de microscopía de efecto túnel (STM) bajo condiciones de ultra alto vacío y baja temperatura, con la técnica de espectroscopía Raman aumentada por superficie, que actúa sobre la molécula localizada en la punta del microscopio, es la que ha permitido obtener esta resolución sin precedentes.

Al pasar la punta del microscopio sobre la molécula, la señal de Raman emitida en cada punto permite identificar la huella vibracional de la molécula de tal manera que además de mirar "dentro" de la molécula, simultáneamente es posible identificar de qué molécula se trata. Javier Aizpurua explica que "Es como mirar "dentro" de la molécula y tomar sus huellas dactilares".

Este nivel de resolución, anteriormente sólo había sido posible utilizando electrones como sondas, pero en esta investigación son los fotones de la luz visible los que consiguen el milagro de identificar una molécula, batiendo todos los límites de difracción óptica conocidos.

Los resultados de este trabajo abren la puerta a la identificación directa de moléculas cuando su concentración es muy pequeña, o incluso cuando se tiene una única molécula aislada. Esta nueva capacidad estimula un gran abanico de posibles aplicaciones tecnológicas, tales como en biosensórica, para el análisis de cadenas moleculares, en seguridad, para la detección de sustancias peligrosas, o en salud pública para el control de la calidad de los alimentos, entre otros.

Referencia publicación:

Chemical mapping of a single molecule by plasmon-enhanced Raman scattering. 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, and J. G. Hou. Nature 498, 82-86 (2013). DOI: 10.1038/nature12151

Imagen:

Luz (verde) incidiendo en una cavidad óptica, que es aumentada  gracias al efecto antena (luz roja), lo que permite ver y establecer un mapa de vibraciones de una molécula (sombra bajo la molécula) con una resolución sin precedentes. / DIPC et al.

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CSIC / UPV/EHU

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