Model en de werkelijkheid

Wetenschappers in dienst van IBM wisten een afbeelding met voldoende detail vast te leggen die de structuur van en individuele molecuul onthult (zie inzet). Met een Atomic Force Microscope (AFM) konden de onderzoekers ongelooflijk gedetailleerde beelden verkrijgen van individuele atomaire bindingen bij één enkele klein molecuul. Het allereerste beeld van een molecuul werd met deze techniek gemaakt in 2009. De AFM beeldvormende techniek maakt gebruik van een enkel molecuul die optreedt als een ‘naald’ om zo verschillen en ribbels in het ‘oppervlak’ van een molecuul op te merken, een beetje vergelijkbaar met een platenspeler. Om ervoor te zorgen dat het molecuul stabiel genoeg blijft moet de instrumentatie volledig geïsoleerd zijn van de trillingen uit het laboratorium en de omgeving. Om thermische trillingen tot een minimum te beperken word de molecuul afgekoeld tot -268° Celsius. Bij kamertemperatuur, zou het beeld te vervaagd of onduidelijk zijn geweest. Elektronenmicroscopen zijn sterk genoeg om atomen te zien, maar tasten de bindingen van moleculen aan. De stroom elektronen (net als licht) veranderen immers de lading van atomen waardoor ze met elkaar gaan reageren.

nchem-1008-f1

Hierboven het bedachte model van pentacene en hoe het er in het ‘echt’ uitziet met de AFM techniek. Wat er niet bij wordt verteld is dat een molecuul bestaat uit atomen. Deze atomen, in het denkmodel, worden voor het gemak verbonden met stokjes. Stokjes die je niet ‘ziet’ op de andere afbeelding. Het materiële wereldbeeld schetst ons een begrip van verbinding door deeltjes. Er zijn immers alleen maar deeltjes. Op het niveau van de quarks worden deze soort verbindende deeltjes gluons genoemd (plakseldeeltjtes). Deeltjes die bij elkaar gehouden worden door deeltjes die bij elkaar gehouden worden door deeltjes. Op de AFM afbeelding zie je geen deeltjes, eerder sferen, wolken en uitwaaieringen. Meer iets dat lijkt op velden dus. Velden zoals een magneetveld. Denk maar aan dat standaard proefje van een stafmagneet onder een wit vel papier en het ijzervijlsel. Die ijzerdeeltjes volgen in ene mooi patroon de veldlijnen van het magneetveld. Kijk, wordt er dan geroepen, dat is het veld. Maar die deeltjes zijn het veld niet, het veld is niet te zien.

AFM (extra uitleg)

afm

Microscoop ‘ziet’ molecuul voor de eerste keer. Maar zien blijkt eerder ‘voelen’. Stel je voor om braille te moeten ‘lezen’ op nat papier. Dat is ongeveer wat de AFM doet als het een molecuul aftast. Deze microscoop tast met een koolstof monoxide punt het molecuul af. Traditionele microscopen, zoals vroeger op school, gebruiken zichtbaar licht om hun onderwerp zichtbaar te maken. Elektronmicroscopen, sinds de jaren 30, gebruiken bundels geladen elektronen op dezelfde manier. Met als lastige consequentie dat als het onderwerp een molecuul is, deze wordt aangetast door de stroom elektronen. De AFM werkt als de vingers die braille lezen. De koolstof punt loopt langzaam het gehele oppervlak van het molecuul af. En maakt zo een 3d plattegrond van het reliëf waar het overheen gaat. Maar ook deze techniek heeft zijn grenzen. De techniek werkt alleen in een hoog kwaliteit vacuüm en bij zeer lage temperatuur. En één enkele scan duurt meer dan 20 uur. De koolstofpunt moet ook nog eens een halve nanometer van het onderwerp af zijn, anders wordt het beschadigd. En bovenal deze koolstofpunt werkt niet voor alle materialen. Koolstof zou bijvoorbeeld een interactie aangaan met een te onderzoeken eiwit, zoals dna.

Lees hier het volledige artikel: 06-paradigmaswitch-2014

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *