Atoms recorded on video as they rearrange themselves in the midst of a reaction/Átomos grabados en vídeo mientras se reorganizan en plena reacción

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A few weeks ago, we discussed how a team of researchers from the University of Basel used a new technology called cryoelectron tomography, which allows them to directly observe the organization of the protein complexes responsible for energy production within the mitochondria of our cells with unprecedented resolution, allowing us to better understand how they work.

Hace unas semanas comentábamos como un equipo de investigadores de la Universidad de Basilea utilizaban una nueva tecnología llamada criotomografía electrónica, que les permite observar directamente la organización de los complejos proteicos responsables de la producción de energía dentro de las mitocondrias de nuestras células con una resolución sin precedentes, lo que nos permite entender mejor su funcionamiento.

Now, a group of scientists at the University of Tokyo has been able to film individual molecules and their chemical reactions with unprecedented spatial and temporal resolution. To do this, they used an advanced technique called SMART-EM (Single-Molecule Atomic-Resolution Time-Resolved Electron Microscopy). The innovative aspect is that they can not only see static atoms, but can also capture in real time how they move and rearrange themselves during a chemical reaction.

Ahora un grupo de científicos de la Universidad de Tokio, ha podido filmar moléculas individuales y sus reacciones químicas con una resolución sin precedentes, tanto espacial como temporal. Para ello utilizaron una técnica avanzada llamada SMART-EM (Single-Molecule Atomic-Resolution Time-Resolved Electron Microscopy). Lo innovador es que no solo pueden ver los átomos estáticos, sino que también pueden capturar en tiempo real cómo se mueven y reorganizan durante una reacción química.

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One of the greatest challenges in observing delicate organic molecules with electron microscopy is the damage that the high energy of the electron beam can cause. SMART-EM uses a significantly lower electron dose, allowing molecules to be observed for longer periods without destroying them. It is capable of capturing images with very high temporal resolution, allowing the intermediate steps and dynamics of chemical reactions to be observed in real time.

Una de las mayores dificultades para observar moléculas orgánicas delicadas con microscopía electrónica es el daño que la alta energía del haz de electrones puede causar. SMART-EM utiliza una dosis de electrones significativamente menor, lo que permite observar las moléculas durante períodos más largos sin destruirlas. Es capaz de capturar imágenes con una resolución temporal muy alta, lo que permite observar los pasos intermedios y las dinámicas de las reacciones químicas en tiempo real.

Unlike other previously developed techniques that observe the average behavior of many molecules, SMART-EM can track and visualize the motion and transformations of individual molecules. To achieve this, they use special vacuum and temperature conditions to keep the samples stable and ultra-thin carbon supports on which individual molecules are placed.

A diferencia de otras técnicas diseñadas anteriormente que observan el comportamiento promedio de muchas moléculas, SMART-EM puede rastrear y visualizar el movimiento y las transformaciones de moléculas individuales. Para lograrlo, utilizan condiciones especiales de vacío y temperatura para mantener estables las muestras y unos soportes de carbono ultra delgados donde se colocan moléculas individuales.

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Traditionally, chemistry has been understood through models, inferences, and spectroscopy, but directly seeing how atoms move during a reaction is like watching the "cinema" of chemistry at the atomic level. This allows us to study reaction mechanisms with unprecedented precision, see how chemical bonds are formed or broken, or develop better catalysts and materials from a direct visual understanding.

Tradicionalmente, la química se ha comprendido mediante modelos, inferencias y espectroscopía, pero ver directamente cómo los átomos se mueven durante una reacción es como ver el “cine” de la química a nivel atómico. Esto nos permite estudiar mecanismos de reacción con precisión sin precedentes, ver cómo se forman o rompen enlaces químicos o desarrollar mejores catalizadores y materiales a partir de una comprensión visual directa.

Although the SMART-EM technique is already operational, it is still in its early stages of development and application. That is, it works and has been successfully used in real-world studies, but it is not yet widely available to all laboratories nor can it be applied to every type of reaction or system. Although its speed and resolution are already impressive, work is continuing to improve its temporal resolution to capture even faster processes.

Aunque la técnica SMART-EM ya está operativa, todavía está en una fase de desarrollo y aplicación temprana. Es decir, funciona y se ha usado con éxito en estudios reales, pero aún no está al alcance generalizado de todos los laboratorios ni puede aplicarse a cualquier tipo de reacción o sistema. Aunque su velocidad y resolución ya son impresionante, siguen trabajando en mejorar la resolución temporal para capturar procesos aún más rápidos.

More information/Más información
https://scitechdaily.com/watch-atoms-move-the-first-ever-video-of-catalysis-in-action/

https://www.muyinteresante.com/ciencia/atomos-video-reaccion-cientifica.html