IBM maakt 'röntgen-foto' van molecuul

Wetenschappers van IBM en de Universiteit van Utrecht hebben de anatomie van een molecuul op de gevoelige plaat vastgelegd. De gebruikte technologie kan worden gebruikt voor het maken van kleinere en zuinigere computeronderdelen.

De wetenschappers wisten het binnenwerk van een molecuul vast te leggen met behulp van atoomkrachtmicroscopie. Het beeld wordt bij deze techniek opgebouwd aan de hand van metingen aan de krachten die een molecuul op een minuscule naald uitoefent. Het 'gefotografeerde' pentaceen-molecuul bestaat uit 22 koolstof-atomen en 14 waterstof-atomen, die een lijn van vijf benzeenringen vormen.

De metingen aan het 1,4nm grote molecuul werden verricht in een ultrahoogvacuüm en bij een temperatuur van -268 graden Celsius. In de afbeeldingen is de vorm van de benzeenringen duidelijk te zien en zelfs de positie van de waterstofatomen is waarneembaar.

De onderzoekers wisten met behulp van de verkregen gegevens een complete driedimensionale weergave van het molecuul te maken. "De microscoop moest mechanisch en thermisch enorm stabiel zijn, zodat de naald en het molecuul ongewijzigd bleven tijdens de meer dan 20 uur van data-ontvangst", vertelt Fabian Mohn van IBM Research - Zürich. Het team van IBM werkte samen met Peter Liljeroth van de Universiteit Utrecht. De vinding zou een belangrijke stap in de ontwikkeling van nanotechnologie betekenen en moet de industrie op termijn kunnen helpen bij het produceren van kleinere computeronderdelen.

Reacties (81)

[Bolukan]

Waarom zijn die randen zo fel. Het lijkt wel of het molecuul krom is getrokken.

[Peregrine]

Zoals hierboven al verteld is een molecuul zoals we die kennen slechts een schematische weergave van de werkelijkheid. Wat ze hier kunnen waarnemen zijn de krachten die de elektronen van het molecuul uitoefenen op de naald.

In een benzeenring kunnen 'veel' electronen zich vrij bewegen, daarom wordt er vaak ook een cirkel in een benzeenring geplaatst om aan te geven dat zelfs schematisch niet weer te geven is waar ze zitten.

In een molecuul als dit kunnen de electronen zich ook makkelijk tussen benzeenringen bewegen en daarheen gaan waar ze zich het 'prettigst' voelen. In dit geval zijn dat de uiteinden van het molecuul, omdat daar gemiddeld de hoogste positieve lading zit: die van de 2 waterstof atomen op de uiteinden.

[EDIT]: Link naar plaatje; Wikipedia: Bedankt!

[Reactie gewijzigd door Peregrine op 23 juli 2024 10:08]

[Anoniem: 125883]

20 uur om een plaatje te maken O.O
Ik wil niet weten hoe lang het duurt wanneer ze er dan proteïnen en zo mee willen fotograferen.

[M2M]

een standaard AFM plaatje schiet je in een uur (inclusief spincoaten van je materiaal en afstellen van het apparaat). meestal schiet je 512 lijnen, tussen 0,5 en 1 Hz per lijn. (en 512 pixels per lijn). Een fotootje schieten duurt dus al best lang. En je hebt lang niet altijd een goed plaatje te pakken.

Ps. trillingsvrijmaken is eigenlijk vrij eenvoudig te doen met een plaat die op een bed stikstof rust. Zolang je dan niet langs een spoor woont is er verder weinig aan de hand. Een groter probleem is het focussen van je naald op het oppervlak. zet je de focus te laag, dan druk je de naald door het oppervlak / stuk en mag je de naald vervangen. Ook niet zo'n leuk werk

edit: werken onder vacuum en bij een temperatuur van -270 graden is natuurlijk een stukje complexer process waar wat meer bij komt kijken. (en atomen waren al te zien met een STM)

[Reactie gewijzigd door M2M op 23 juli 2024 10:08]

[Anoniem: 296652]

@M2Mm, aan je reactie te zien heb je er meer verstand van dan de gemiddelde tweaker (=+2kudo).

Misschien kun je me uitleggen hoe het komt dat het materiaal waar de moleculen op liggen zo vreselijk glad (en gemaakt van kleine moleculen) lijkt in vergelijking met de moleculen? Of ben ik de enige die dit opvallend vindt.....

[Bliep]

Als ze een foto in de ruimte maken belichten ze dat soms meer dan 10dagen

Wel een toffe ontwikkeling, ben net als centr1no wel benieuwd hoe dit toegepast word in de computer industrie?

[Pmf1971]

Dat waren enkel de Hubble deep field en ultra-deep field.

Binnenkort komt er nog zo'n deep field foto van hubble, nu dat ie geüpgrade is.

[Aham brahmasmi]

Fotograferen? Atoomkrachtgraferen bedoel je. Er wordt immers geen licht (foto = licht in het Grieks) vastgelegd. In de video wordt uitgelegd dat het de "Pauli-afstotingskracht" is die gedetecteerd wordt op ong. een halve nanometer afstand van het molecuul. Iets verder weg is het de Vanderwaalskracht die de naald juist aantrekt.

[hiostu]

Bedoel je toevallig protonen?

[Anoniem: 299568]

Nee, ik veronderstel dat hij wel degelijk proteïnen bedoeld, aangezien dit enorm complexe moleculen zijn, en pentaceen, wat gefotografeerd werd, een relatief kleine molecule...
Hij wil dus waarschijnlijk zeggen dat dit dan pakweg een week lang zou duren voor een foto'tje daarvan te maken.

[Michilus]

Even lang, denk ik.

[freaq]

ongelofelijk.
zowieso hoe meet je atome met een naald die dikker is dan het molecuul dat je meet.
alsof je iemand gaat scannen met een lantarenpaal.

echt haast niet te geloven.

[Anoniem: 130582]

Die naald is extreem dun. Daarbij komt kijken dat ze met de naald ook een koolstofmonoxide-molecule oppikken, waarbij het spitse zuurstofatoom dient als punt van de naald.

Maar desondanks zeer indrukwekkend.

[Henridv]

Deze techniek is gebaseerd op tunneling: STM (Scanning Tunnelling Microscope). http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_tunnelling_microscope

Dit werd trouwens ook ontwikkeld door IBM.

[beefstick]

In het artikel staat toch echt dat ze AFM gebruikt hebben en niet STM.

Daar zit nogal veel verschil in. STM gaat over stroom, AFM gaat over afstotende krachten.

[flamingworm]

AFM is de verbeterde versie van STM... dus wordt soms wel door elkaar gebruikt. Daarnaast nog een opmerking over die "naald". Deze eindigt op 1 enkel atoom, en die beweegt door de afstoting tussen de elektronen. De verplaatsing wordt gemeten met piëzo kristallen.


Ik vind vooral de titel belachelijk, aangezien röntger stralingen te groot zijn om atomen mee waar te nemen, is dit tweakers? Lijkt meer zo'n foute titel voor in de metro ofzo.

[Reactie gewijzigd door flamingworm op 23 juli 2024 10:08]

[D!zzy]

Mooie verwoording, maar ik vind het vooral knap hoe ze die naald zo stabiel gekregen hebben. Bij de minste beweging ben je al een ander molecuul aan het scannen. Zeker binnen zo'n 20 uur durend onderzoek.

[freelh]

Ik vind het zeer fascinerend!
"Weer een stap verder dan elektronenmicroscopie :)" , dat was het eerste waar ik aan dacht.

Daar kunnen ze toch ook tot op atomair niveau gaan en is het ook 'slechts' in zwart-wit, maar heb je wel 2D-plaatjes.

Nu maar afwachten wat de weerslag gaat zijn op de wetenschap, verdere uitwerking en invloed op het dagelijkse leven! Zoals bij alle uitvindingen;).

[Peregrine]

- Kleur is een eigenschap van licht, een object lijkt een kleur te hebben omdat het bepaalde kleuren reflecteert en andere absorbeert.
- Licht heeft een golflengte van 400-800 nm.
- Een molecuul van 1,4 nm is te klein voor licht om te kunnen reflecteren (alsof je met een telefoonpaal een zandkorrel wilt voelen)

Kortom, op deze schaal bestaat geen kleur, je kan wel een plaatje kleuren om bijvoorbeeld bepaalde veldsterktes weer te geven, of de C atomen van de H atomen te onderscheiden. Dit soort kleuring is echter te vergelijken met het fotoshoppen van een foto en heeft niets met de werkelijkheid te maken.

[Anoniem: 312162]

is het ook 'slechts' in zwart-wit

het lijkt mij niet echt mogelijk om atomen te 'kleuren'

[dasiro]

een klomp "zuiver" goud heeft een kleur die in theorie dezelfde is als die van een goudmolecule. Zolang je dus een geëxtrapoleerde kleur van een molecule met 1 atoomsoort kent, kan je ook de kleur van de atomen bepalen en die gebruiken om de gescande molecules in te kleuren, maar dan moet je natuurlijk wel weten wélke atoom het is (en niet zoals in het voorbeeld een symmetrische molecule gebruiken)

[Anoniem: 164019]

Ik denk dat je daar een verkeerde aanname maakt. Grafiet en diamant zijn beiden "puur"
koolstof, en slechts een van de twee is zwart te noemen. De 'kleur' van atomen, moleculen en grotere 'structuren' hangt echt niet alleen af van hun atoomgetal; zelfs de temperatuur van het materiaal is van invloed op de kleur ervan.

[Anoniem: 276013]

wazige shit dit.. al iets bekends over het objektief dat is gebruikt?

[Pe Nis]

Je zult de atomen nooit scherp in beeld krijgen, omdat het het golffuncties zijn, met een waarschijnlijkheid. Zie http://en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle.

[Wildfire]

Dat geldt op de schaal van elektronen e.d., op moleculaire schaal zit je alweer veel hoger en is hier geen tot weinig sprake meer van.

[Aham brahmasmi]

Dat geldt op de schaal van elektronen e.d., op moleculaire schaal zit je alweer veel hoger en is hier geen tot weinig sprake meer van.

Op atomaire schaal geldt dat ook, maar dat gedrag komt alleen naar voren bij bijzondere omstandigheden (dicht bij het absoluut nulpunt). Zoek maar eens op "Bose-Einstein Condensate". Supergekoelde rubidium-atomen die samen één golffunctie krijgen.

[Anoniem: 299568]

Ik kan mij vergissen, maar wordt dit principe niet enkel toegepast op de elektronen, of algemener enkele deeltjes, niet op hele moleculen? Aangezien in een molecule de positie van atomen wordt beschreven ten opzichte van de andere atomen, zou je de posities toch wel exact moeten kunnen bepalen?

[teek2]

geen objectief, een ultra scherpe naald, uit HFA:
"De microscoop moest mechanisch en thermisch enorm stabiel zijn, zodat de naald en het molecuul ongewijzigd bleven tijdens de meer dan 20 uur van data-ontvangst"

[centr1no]

En hoe kan dit worden gebruikt voor kleinere computeronderdelen?
Ik vind dit allemaal waanzinnig interessant hoor, maar misschien was een ondersteunend verhaal met wat uitleg wel prettig geweest.
We kunnen niet allemaal atoomgeleerden zijn.

[pagani]

Voor je iets op die schaal kunt maken moet je het natuurlijk eerst kunnen zien

(en ik ben nieteens een atoomgeleerde )

[Reactie gewijzigd door pagani op 23 juli 2024 10:08]

[teek2]

Dat hoeft niet persee, het is wel makkelijk als je het achteraf kan zien.

[Reactie gewijzigd door teek2 op 23 juli 2024 10:08]

[teek2]

Wat dacht je van het checken van de moleculen die je net hebt geplaatst op je "printplaat" om te zien waar het fout gaat en juist goed? Moleculen visualiseren is erg nuttig als je met moleculen werkt.

[Diggie9]

Ik wil niet vervelend overkomen maar het lijkt mij dat het een paar jaar kost om een heel mobo te scannen als het 20 uur duurt om een enkele molecul vast te leggen.

[BertusB404]

Het romeinse rijk is ook niet in 1 dag opgebouwd.

[Anoniem: 201824]

Tja, dat krijg je als er lieden zijn die het tijdens het opbouwen weer afbreken
Maar ontopic: Je kunt natuurlijk heus wel meerdere naalden gebruiken. Verdeel het te scannen gebied op in kleinere gebieden en scannen maar! Even simpel gesteld natuurlijk. Het is dan te hopen dat alle naalden stabiel blijven. Een miniscule trilling kan de focus al verliezen op de moleculen, lijkt me.

[Anoniem: 171689]

Dat kost wel meer dan een paar jaar denk ik

[Part]

Kost meer tijd als het gehele bestaan van de mensheid.

[Pe Nis]

Deze techniek kan gebruikt worden in metrology tools, om structuren te inspecteren. Maar dan moet de meettijd wel duizenden keren sneller. Maar goed, in 2022 zitten we op de 4 nm node volgens Intel. Tegen die tijd zien ze wel in Veldhoven.

[A4-tje]

als je exact weet hoe een molecuul eruit ziet (en dus niet theoretisch) kan je betere verbindingen/structuren tussen/van moleculen maken.
hiermee kan je dus efficiënter bouwen en dus betere chips maken (het zal nog veel meer toepassingen vinden in ruimtevaart ed)

[Anoniem: 201824]

Dat zou kunnen, maar dan moeten ze wel goeie massaproductie kunnen draaien. Met de snelheid die het nu gaat is het bij lange na niet productief en dus niet winstgevend. Way to go.

[Niosus]

waarom is het zo moeilijk om te stoppen met mekkeren omdat iets jou ni helpt? de allereerste computers konden bijna niets... je stak er een paar getallen en en je kreeg er een paar terug die je zelf op de tijd dat de computer erover deed kon berekenen. Geef dingen een beetje tijd, het feit dat IBM er geld in steekt betekent dat ze denken er iets mee te kunnen doen

[Cio]

Uit het filmpje begrijp ik: Door de geleiding van energie tussen de verschillende atomen (in een molecuul) te bestuderen.

Ik ben geen atoomgeleerde, maar voor zover ik weet is de geleiding van energie het basisprincipe van een chip. Op een zo klein mogelijke schaal geleiding controleren begrijpen is dus heel belangrijk, lijkt me.

[Reactie gewijzigd door Cio op 23 juli 2024 10:08]

[Bart©]

Geinig zeg, had nooit verwacht dat een molecuul er ook daadwerkelijk uit zou zien als zo'n tekeningetje die we vroeger bij scheidkunde moesten maken.

[GlowMouse]

Dat doen ze ook niet, want de 'stokjes' die je tekent, zijn er in het echt namelijk niet. De enige reden dat je ze tekent, is de duidelijkheid. 'Echte' moleculen zien er zo uit.
Plaatje A is dan ook een 'textbook model', zo staat bij de beschrijving op http://www.flickr.com/pho...72157622092395070/detail/

[penetreerbeer]

Een molecuul ziet er in het echt zo niet uit hoor. Die bollen die je tekent zijn de voorstelling van de elektronen die rond de kern vliegen.
Een atoom moet je zien als als ons zonnestelsel. In het midden heb je de kern die bestaat uit neutronen en protonen (zoals de zon) en hier rondom vliegen dan de elektronen (de planeten) in een bepaalde baan of afstand van de kern. In grootte van onderdelen is dit vergelijkbaar. De kern is niet groot en de elelktronen vliegen er op een grote afstand vandaan.
Een molecuul zijn twee kernen die naast elkaar zitten waarrond de elelktronen vliegen en waarvan er enkele van rond de ene kern dan weer rond de andere kern vliegen. Zo ontstaan de bollen in je link die elkaar snijden.

Stel dat je ooit een molecule kan fotograferen. Moet je zeker op een lage temperatuur zitten, want die moleculen zijn actief met elkaar, ze staan nooit stil.
Op de foto die je dan zou hebben zou je niet veel kunnen zien. Je zal enkele stippen zien, met hele kleine stipjes errond.

[robvanwijk]

Zullen we het dan nog iets correcter omschrijven? Het zogenaamde "planeetmodel" is namelijk ook alweer achterhaald. Elektronen in een atoom of molecuul gedragen zich namelijk voornamelijk als golven, niet als deeltjes. Dus je ziet geen planeten rondjes draaien, je ziet een waas, met de kleur van planeten, maar zonder vorm, die op sommige plekker ijler/doorzichtiger is en op andere plaatsen minder doorzichtig. Hoe doorzichtig de waas is hangt af van de kans om het electron op een bepaald moment op die plaats aan te treffen. Ook leuk, die waas kan uit twee gebieden bestaan die volledig van elkaar gescheiden zijn, maar toch kan het electron van het ene gebied naar het andere komen. Niet te lang over nadenken, anders krijg je hoofdpijn!
Eerst aspirine klaarleggen voordat je deze pagina's gaat lezen
http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_orbital
http://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_orbital

[Anoniem: 155035]

@RobvanWijk Toch geloof ik dat dit ook niet klopt hoor...

Is het niet zo dat elektronen alleen als een golf bewegen als je ze niet observeert.
Op het moment dat je ze gaat observeren gedragen ze zich weer gewoon als deeltjes. Dus klopt dat planeet model weer een stuk beter.

Dus op de vraag: Hoe ziet een molecuul eruit?
Klopt het planeet model denk ik beter.
Het model dat jij aangeeft zou eerder een antwoord geven op deze vraag:
Hoe ziet een molecuul eruit als je het niet ziet?

Maar goed, dit begint al meer filosofisch te worden geloof ik...

[Anoniem: 201824]

Klinkt alsof je bedoelt dat iets wat je (als leek, zonder de prof. apparatuur) ziet van een atoom zal standaard van een plaatje zijn, en plaatjes zijn stilstaande beelden. Of met het blote oog gaan ze zo snel die electronen dat het stil lijkt te staan? Etc. etc.

[Amanoo]

Dat hebben ze mij ook geleerd. Ik wil nu alleen graag dat iemand mij uitlegt waarom ik op de foto WEL stokjes zie (niet dat ik het niet geloof natuurlijk, snap alleen niet waarom het op de foto zo staat)

[centr1no]

Op de foto zie je geen stokjes. Dat lijkt alleen maar zo.
Dit is een betere kunstmatige weergave hoe het pentaceen molecuul er in werkelijkheid uit zal zien:
http://www.iwe.rwth-aachen.de/emrl/imagesArticles/MOL_GD_pentacene01.gif

[BaRF]

nouja, beeld c is toch ook een foto? je ziet in elk geval zeker een overeenkomst met het tekeningetje

[dasiro]

het is mooi dat ze een "visuele" scan kunnen maken van moleculen, maar die vormen konden ze al lang berekenen, dus het is enkel maar een bevestiging van de theorieën die al tientallen jaren als correct en exact worden beschouwd.

Wat mij ook opvalt is dat ze een hele simpele 2-dimensionale molecule hebben gebruikt. Ik vraag me dus maar af hoe nauwkeurig ze een complex 3-dimensionale molecule met tientallen atomen van 5 of 10 verschillende atoomsoorten gaan scannen.

vooralsnog is de impact die deze herontdekking kan hebben op toekomstige ontwikkelingen nog maar beperkt

[Peregrine]

Aangezien het een scan methode is, verwacht ik dat 3D moleculen niet in aanmerking kunnen komen. Het scannen van datgene wat 'achter' een ander deel van het molecule ligt, kan je namelijk niet 'voelen'.

Tenzij ze met meerdere naalden en complexe berekeningen de krachten uit de 'normale' data weten te filteren...

[Anoniem: 201824]

Klinkt logisch, maar 3d moleculen niet in aanmerking? Als ze al 3d echo's kunnen maken van baby's in de baarmoeder waar dus wat voor zit, waarom zou het dan niet op moleculen kunnen waar in principe niets voor zit? Ok het zijn schijn 3d beelden, maar dat bedoel ik dan ook. Maar ja, als je 3d wilt dan moet je ook niet vanaf 1 positie kijken

[kzin]

Een kwestie van schaal. Om iets te kunnen 'zien' moet het straling terug kunnen kaatsen (geluid, licht, röntgen). Over het algemeen geldt dat je voorwerpen kleiner van 1/4 golflengte niet meer kunt zien, simpelweg omdat ze verdwijnen in een golfdal.

Röntgen heeft een golflengte van ruwweg 100.000 zo groot als een atoom. Kortom: een atoom is volkomen onzichtbaar voor röntgen. Straling van nog kortere golflengten is moeilijk op te wekken, en bovendien wordt de straling dan erg energierijk. Je zou de structuren die je wilt onderzoeken compleet vernietigen.

[Aham brahmasmi]

Waar is de overeenkomst met echoscopie hier?? Het gaat om het voelen met een naaldje en dat naaldje kun je waarschijnlijk niet voorbij de buitenste atomen van een molecuul steken. De naald kan alleen van buiten aftasten. Dat is wat Peregrine bedoelt neem ik aan.

[ptap]

Omdat je altijd moet toetsen want: "In theory, practice is the same as theory. In practice, it differs."

De reden voor het simpele molecuul lijkt mij dat het een heel star molecuul betreft (allemaal dubbele bindingen) wat voor de meettijd van 20 uur wel handig is. Naar mate de meettijd omlaag kan zal het soort molculen dat afgebeeld kan worden zeker groeien en complexer en minder star worden.

Ik ben nu vol spanning voor het eerste plaatje van een enzym, maar er zal nog wel wat water door de Rijn gaan voor dat zo ver is. Ik heb nog wel een wat deels star molcuul in m'n kop waar ik ooit op afgestudeerd ben qua enzymmodelering. Dat zou ik zo best wel eens afgebeeld willen zien.

[Amanoo]

Elk C-atoom heeft hier drie bindingen. Het valt dus nog wel mee hoeveel dubbele bindingen er zijn (nou ja, mee vallen, een c-atoom wil 4 bindingen, dus de oplossing hier is dat de bindingen om en om zijn, enkel, dubbel, enkel, dubbel, maar dus niet "allemaal dubbele bindingen"). Zijn dus alsnog de helft van de bindingen tussen C-atomen dubbel.
Wat het geheel ook star maakt is de vorm.
Elke binding kan je als een as zien. Zet die voorwerpen op één lijn tegen elkaar aan, en maak tussen de middelste en de twee buitenste twee assen, en het voorwerp kan tussen die assen draaien. Zet die voorwerpen en dus de assen er neer met een hoek van pakweg 90 graden (bij een C-atoom dat gebonden is met drie atomen is die hoek tussen de twee andere atomen geen 90, maar in ieder geval is het principe hetzelfde) dan kan het voorwerp tussen die assen niet meer draaien. Je moet ervan uitgaan dat die buitenste voorwerpen niet meebewegen, alleen het middelste voorwerp mag draaien. Het idee is simpel, alleen een beetje lastig om het beeld onder woorden te brengen. Dat idee met die vormen is by the way heel belangrijk bij isomerie. Als je het niet begrijpt, wikipedia dan maar ff naar cis-trans-isomerie.

[Pb Pomper]

het is mooi dat ze een "visuele" scan kunnen maken van moleculen, maar die vormen konden ze al lang berekenen, dus het is enkel maar een bevestiging van de theorieën die al tientallen jaren als correct en exact worden beschouwd.

Dat maakt het toch juist fascinerend! Er is een theorie ontwikkeld die naderhand overeenkomt met de praktijk. Dit is volgens mij de natte droom van elke wetenschapper. Het bewijs van een theorie.

Dit doet me een beetje denken aan het bewijs voor zwarte gaten die al door Einstein voorspeld zijn, echt briljant! Jammer dat ie er zelf niet van heeft kunnen genieten.

[Patrijz]

Erg mooi en interessant! Zien wat we eigenlijk niet kunnen zien ben benieuwd waar dit tot zal leiden!

[TheMazzter]

Toen ik de titel las dacht ik even aan een echte röntgenfoto, maar met deze techniek zullen we nooit zoals bij een röntgenfoto de binnenkant van iets zichtbaar kunnen maken omdat we alleen maar een oppervlak kunnen aftasten met een naaltje. Verder hebben IBM en de Utrechtenaars volgens mij een wel record wat schaal betreft maar komt dit niet uit de lucht vallen, diverse universiteiten zijn al jaren bezig met afm.