Un nouveau modèle pour faciliter l’interprétation des images moléculaires à résolution atomique

Le tableau périodique familier des éléments avec chaque type d’atome représenté par des boules colorées. La taille de chaque atome dans le modèle CPK (ci-dessus) est plus grande que celles du modèle corrélé Z (ci-dessous), car il est basé sur la distribution des électrons autour d’un atome plutôt que sur la taille du noyau lui-même. Ceci est important en microscopie électronique où le nuage d’électrons n’est pas visible. Crédit : © 2021 Nakamura, Harano et al.

Il existe plusieurs façons de créer des modèles bidimensionnels et tridimensionnels d’atomes et de molécules. Avec l’avènement d’appareils de pointe capables d’imager des échantillons à l’échelle atomique, les scientifiques ont découvert que les modèles moléculaires traditionnels ne correspondaient pas aux images qu’ils voyaient. Les chercheurs ont mis au point une meilleure façon de visualiser la construction de molécules sur ces méthodes traditionnelles. Leurs modèles correspondent bien aux données d’imagerie qu’ils acquièrent, et ils espèrent que les modèles pourront donc aider les chimistes avec leur intuition pour interpréter les images moléculaires.

Quiconque lit ceci connaît probablement les modèles traditionnels d’atomes et de molécules en forme de boule et de bâton, où des boules de différentes tailles et couleurs représentent les différents noyaux atomiques, et les bâtons représentent les propriétés des liaisons entre les atomes. Bien qu’il s’agisse d’outils pédagogiques utiles, ils sont beaucoup plus simples que la réalité qu’ils reflètent. Les chimistes ont tendance à utiliser des modèles tels que le modèle Corey – Pauling – Koltun (CPK), qui est similaire au modèle balle et bâton mais avec les balles gonflées de sorte qu’elles se chevauchent. Le modèle CPK en dit plus aux chimistes sur la façon dont les composants d’une molécule interagissent bien mieux que le modèle boule et bâton.

Ces dernières années, il est enfin devenu possible non seulement de capturer les structures des molécules mais aussi d’enregistrer leur mouvement et leurs interactions dans des vidéos grâce à des technologies comme la microscopie électronique à transmission à résolution atomique (AR-TEM). Ceci est parfois appelé “science moléculaire cinématographique”. Cependant, c’est avec ce saut dans notre capacité à visualiser l’invisible que les modèles balle et bâton ou CPK deviennent un obstacle plutôt qu’une aide. Lorsque des chercheurs du Département de chimie de l’Université de Tokyo ont essayé d’adapter ces modèles aux images qu’ils voyaient, ils ont rencontré quelques problèmes.







Le modèle moléculaire corrélé au Z des chercheurs est comparé aux modèles boule et bâton et CPK. Crédit : © 2021 Nakamura, Harano et al.

“Le modèle balle et bâton est beaucoup trop simple pour décrire avec précision ce qui se passe réellement dans nos images”, a déclaré le professeur Koji Harano. “Et le modèle CPK, qui montre techniquement la propagation du nuage d’électrons autour d’un noyau atomique, est trop dense pour discerner certains détails. La raison en est qu’aucun de ces modèles ne démontre les vraies tailles d’atomes que les images d’AR-TEM montrent. “

Dans les images AR-TEM, la taille de chaque atome est directement corrélée au poids atomique de cet atome, connu simplement sous le nom de Z. Le professeur Eiichi Nakamura et son équipe ont donc choisi de modifier un modèle boule-et-bâton pour s’adapter à leurs images, où chaque noyau dans le modèle a été dimensionné en fonction du nombre Z du noyau qu’il représente et l’a nommé modèle moléculaire Z-corrélé (ZC). Ils ont conservé le même système de couleurs utilisé dans le modèle CPK, introduit à l’origine par les chimistes américains Robert Corey et Linus Pauling en 1952.

“Une image vaut mille mots, et vous pouvez comparer les images AR-TEM à la toute première photographie d’un trou noir”, a déclaré Nakamura. “Ils montrent tous les deux la réalité comme jamais vu auparavant, et les deux sont beaucoup moins clairs que ce à quoi les gens imaginent probablement que ces choses devraient ressembler. C’est pourquoi les modèles sont si importants, pour combler le fossé entre l’imagination et la réalité. aidera les chimistes à analyser des images au microscope électronique basées sur l’intuition sans même avoir besoin de calculs théoriques, et ouvrira un nouveau monde de “science moléculaire cinématographique”. “

L’étude est publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.


Visualisation révolutionnaire des mouvements atomiques


Plus d’information:
Junfei Xing et al. Numéro atomique (Z) -Tailles atomiques corrélées pour le déchiffrement des images moléculaires au microscope électronique, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073 / pnas.2114432119

Fourni par l’Université de Tokyo

Citation: Visualiser l’invisible : un nouveau modèle pour faciliter l’interprétation des images moléculaires à résolution atomique (28 mars 2022) récupéré le 1er avril 2022 sur https://phys.org/news/2022-03-visualizing-invisible-aid-atomic-resolution .html

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