Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

In the electron cloud

19.04.2010
Mapping the shape and dynamics of a molecule’s outer electron cloud is now possible using a novel experimental technique

The chemistry between atoms and molecules is strongly determined by their outer electron orbitals, or clouds, which participate in chemical processes. A team from three Japanese research institutes has now developed a method that can measure the three-dimensional shape and dynamics of an electron cloud1.

“The shape of an electron cloud is at the heart of intermolecular interactions that lead to beautiful chemistry,” comments Toshinori Suzuki from the RIKEN Advanced Science Institute in Wako, who led the research team.

Measuring the dynamics of an electron cloud is challenging because molecules in gases and liquids always move randomly; this makes it difficult to take a ‘snapshot’ of movement averaged over many molecules at a specific moment in time. However, the excitation of nitric oxide (NO) by a polarized laser beam can align those molecules along one axis, so that the measurement of their outer electron cloud becomes possible.

To detect the shape of the outer electron cloud of an NO molecule aligned by the first laser pulse, Suzuki and colleagues released the electrons from the molecule using a second laser pulse. They then applied an electric field to accelerate and project the expanding electron cloud onto a fluorescent screen where it was visualized as a direct representation of the original electron distribution (Fig. 1 - click on link for figure). The researchers then used computer algorithms, similar to those from computer tomography, to construct a three-dimensional picture from the two-dimensional representation.

Fundamental quantum mechanical principles limit the degree to which the molecules can be aligned by the laser pulse, Suzuki notes. This means that there is always unavoidable blurring in the reconstructed three-dimensional image. Removing this blurring in the final images was the most difficult part of the process, he says.

Suzuki and colleagues therefore analyzed how a three-dimensional image changes when the molecules rotate out of alignment. By correcting these misalignment effects, they eventually succeeded in perfectly sharpening the image.

The team’s algorithm can visualize the outer electron cloud of a molecule at rest, but the challenge now is to map the rapid changes that occur during chemical reactions. “The NO molecule was just a testing ground,” explains Suzuki. “Our main target is more complex molecules and their chemical reactions in response to light of different color.” Outlining his future vision, Suzuki says he would like to study the mechanism of photodamage to DNA starting with real-time observations of electron motions in their constituent base molecules.

The corresponding author for this highlight is based at the Chemical Dynamics Laboratory, RIKEN Advanced Science Institute

1. Tang, Y., Suzuki, Y.-I., Horio, T. & Suzuki, T. Molecular frame image restoration and partial wave analysis of photoionization dynamics of NO by time-energy mapping of photoelectron angular distribution. Physical Review Letters 104, 073002 (2010).

gro-pr | Research asia research news
Further information:
http://www.riken.jp
http://www.researchsea.com

More articles from Life Sciences:

nachricht Gene switch may repair DNA and prevent cancer
12.02.2016 | Institute for Integrated Cell-Material Sciences at Kyoto University

nachricht New method opens crystal clear views of biomolecules
11.02.2016 | Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

All articles from Life Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Gravitationswellen 100 Jahre nach Einsteins Vorhersage entdeckt

LIGO öffnet mit der Beobachtung kollidierender schwarzer Löcher ein neues Fenster zum Universum / Entscheidende Beiträge von Forschern der Max-Planck-Gesellschaft und der Leibniz Universität Hannover

Zum ersten Mal haben Wissenschaftler Kräuselungen der Raumzeit, sogenannte Gravitationswellen, beobachtet, die – ausgelöst von einem Großereignis im fernen...

Im Focus: Messkampagne POLSTRACC: Starker Ozonabbau über der Arktis möglich

Die arktische Stratosphäre war in diesem Winter bisher außergewöhnlich kalt, damit sind alle Voraussetzungen für das Auftreten eines starken Ozonabbaus in den nächsten Wochen gegeben. Diesen Schluss legen erste Ergebnisse der vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordinierten Messkampagne POLSTRACC nahe, die seit Ende 2015 in der Arktis läuft. Eine wesentliche Rolle spielen dabei vertikal ausgedehnte polare Stratosphärenwolken, die zuletzt weite Bereiche der Arktis bedeckten: An ihrer Oberfläche finden chemische Reaktionen statt, welche den Ozonabbau beschleunigen. Diese Wolken haben die Klimaforscher nun ungewöhnlicherweise bis in den untersten Bereich der Stratosphäre beobachtet.

„Weite Bereiche der Arktis waren über einen Zeitraum von mehreren Wochen von polaren Stratosphärenwolken zwischen etwa 14 und 26 Kilometern Höhe bedeckt –...

Im Focus: AIDS-Impfstoffproduktion in Algen

Pflanzen und Mikroorganismen werden vielfältig zur Medikamentenproduktion genutzt. Die Produktion solcher Biopharmazeutika in Pflanzen nennt man auch „Molecular Pharming“. Sie ist ein stetig wachsendes Feld der Pflanzenbiotechnologie. Hauptorganismen sind vor allem Hefe und Nutzpflanzen, wie Mais und Kartoffel – Pflanzen mit einem hohen Pflege- und Platzbedarf. Forscher um Prof. Ralph Bock am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam wollen mit Hilfe von Algen ein ressourcenschonenderes System für die Herstellung von Medikamenten und Impfstoffen verfügbar machen. Die Praxistauglichkeit untersuchten sie an einem potentiellen AIDS-Impfstoff.

Die Produktion von Arzneimitteln in Pflanzen und Mikroorganismen ist nicht neu. Bereits 1982 gelang es, durch den Einsatz gentechnischer Methoden, Bakterien so...

Im Focus: Einzeller mit Durchblick: Wie Bakterien „sehen“

Ein 300 Jahre altes Rätsel der Biologie ist geknackt. Wie eine internationale Forschergruppe aus Deutschland, Großbritannien und Portugal herausgefunden hat, nutzen Cyanobakterien – weltweit vorkommende mikroskopisch kleine Einzeller – das Funktionsprinzip des Linsenauges, um Licht wahrzunehmen und sich darauf zuzubewegen. Der Schlüssel zu des Rätsels Lösung war eine Idee aus Karlsruhe: Jan Gerrit Korvink, Professor am KIT und Leiter des Instituts für Mikrostrukturtechnik (IMT) am KIT, nutzte Siliziumplatten und UV-Licht, um den Brechungsindex der Einzeller zu messen.

 

Im Focus: Production of an AIDS vaccine in algae

Today, plants and microorganisms are heavily used for the production of medicinal products. The production of biopharmaceuticals in plants, also referred to as “Molecular Pharming”, represents a continuously growing field of plant biotechnology. Preferred host organisms include yeast and crop plants, such as maize and potato – plants with high demands. With the help of a special algal strain, the research team of Prof. Ralph Bock at the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology in Potsdam strives to develop a more efficient and resource-saving system for the production of medicines and vaccines. They tested its practicality by synthesizing a component of a potential AIDS vaccine.

The use of plants and microorganisms to produce pharmaceuticals is nothing new. In 1982, bacteria were genetically modified to produce human insulin, a drug...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

SUMA-Kongress 2016 – Die offene Web-Gesellschaft 4.0

12.02.2016 | Veranstaltungen

Career Center deutscher Hochschulen tagen an der Europa-Universität Viadrina

12.02.2016 | Veranstaltungen

Frauen in der digitalen Arbeitswelt: Gestaltung für die IT-Branche und das Ingenieurswesen

11.02.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ultraschnelle Kontrolle von Spinströmen durch Laserlicht

12.02.2016 | Physik Astronomie

SCHOTT stellt auf der Photonics West zukunftsweisende Lösungen für die Optik vor

12.02.2016 | Messenachrichten

Große Sauerstoffquellen im Erdinneren

12.02.2016 | Geowissenschaften