Onderzoek met microscopen aan aparte atomen behoort tot het dagelijks werk van nanotechnologen. Atoom-structuren die zich binnen de organische moleculen bevon-den, waren tot nog toe moei-lijk waar te nemen. Onder-zoekers van het Institut für Bio- und Nanosysteme van het Forschungszentrum Jülich hebben een nieuwe methode ontwikkeld die ‘röntgenfoto’s’ van het molecuul mogelijk maakt. Dit zou het eenvoudiger kunnen maken om organische halfgeleiders en proteïnen te analyseren.
Voor de blik in de nanowereld gebruikten de onderzoekers een rastertunnel-microscoop. Zijn dunne metalen punt gaat als de naald van een platenspeler over het oppervlak van het proefstuk en registreert door middel van minus-cuul kleine elektrische stromen de atomaire oneffenheden en verschillen van rond 1 nm. Maar zelfs als de punt van de microscoop nog maar een atoom breed is, zou daarmee nog niet in het inwendige van de moleculen kunnen worden gekeken.
Deuterium
Om de gevoeligheid voor organische moleculen groter te maken, hebben de onderzoekers een sensor en signaalomvormer bij de punt gezet. Beide functies worden uitgevoerd door een klein molecuul van twee deuterium-atomen, ook wel zwaar waterstof genoemd. Omdat ze beweeglijk in de punt hangen, kan dit molecuul de contouren volgen en de stromen beïnvloeden, die over de microscooppunt vloeien.
Als een van de eerste moleculen onderzochten de onderzoekers peryleen-tetracarbonzuur-dianhydride (PTCDA). Deze bestaat uit 26 koolstof-, 8 waterstof- en 6 zuurstofatomen, die 7 samenhangende ringen vormen. In opnamen tot nog toe werd dit molecuul slechts als een contourloze vlek van ongeveer 1 nm groot afgebeeld. De rastertunnelmicroscoop maakt (als ware het een röntgenopname) de inwendige raatvormige structuren zichtbaar, die door de ringen wordt gevormd. Op de methode, die eenvoudig aan commer-ciële rastertunnelmicroscopen is te koppelen, is patent aangevraagd.
Perspectieven
De betrekkelijke eenvoud van de methode maakt deze voor toekomstig onderzoek waardevol. De ruimtelijke dimensies in het inwendige van mole-culen zijn in een paar minuten vast te stellen. De preparatie van het proef-stuk vooraf is overwegend een standaardprocedure. In de volgende stap willen de wetenschappers nog een kalibratie van de gemeten stroomsterkte uitvoeren. Als dat lukt, zou daarmee de gemeten stroomsterkte direct kunnen worden teruggeleid tot de soort atoom.
Het proces uit Jülich kan worden toegepast om de structuur en ladingverde-ling van vlakke moleculen te meten, die als organische halfgeleiders of als deel van toekomstige snelle en efficiënte elektronische componenten zou kunnen worden gebruikt. Ook grotere driedimensionale biomoleculen zoals proteïnen zouden kunnen worden onderzocht, als de methoden nog verder worden verfijnd.
