新華社北京11月22日電(記者 羅沙)記者22日從中國科學院國家納米科學中心獲悉,通過利用改進的非接觸原子力顯微鏡,中國科學家近日在世界上首次得到了分子間氫鍵的實空間圖像。這為科學家理解氫鍵的本質,進而改變化學反應和分子聚集體的結構奠定了基礎。
氫鍵是自然界中最重要、存在最廣泛的分子間相互作用形式之一,對物質的性質有至關重要的影響。例如,氫鍵作用使得水能夠在常溫下以液態存在,冰能夠浮在水面上,氫鍵也決定著DNA雙螺旋結構的遺傳基因配對編碼、蛋白質分子的二級結構等。人類對氫鍵的研究歷史最早可以追溯到19世紀後半葉,但直到目前為止,關於氫鍵的本質還無定論,也從來沒有人真正地看到過氫鍵。
據悉,由中科院國家納米科學中心研究員裘曉輝等組成的研究團隊,通過近5年來對現有儀器設備的不斷優化,自製原子力顯微鏡的核心部件,極大地提高了現有設備的穩定性和信噪比,使團隊改進的非接觸原子力顯微鏡的關鍵技術指標達到國際上該領域的頂尖水平。據此精確解析了分子間氫鍵的構型,實現了對氫鍵鍵角和鍵長的直接測量。
“通俗來説,相當於以前可以從太空中看到地面的人排成一行,現在是第一次看到原來這些人之間是手拉著手。”裘曉輝説,“這在分子間相互作用的機理研究領域有廣闊的應用前景。”
他同時表示,對氫鍵特性的精確實驗測量,如作用位點、鍵角、鍵長以及單個氫鍵強度,不僅有助於理解氫鍵作用的本質,這些在原子、分子尺度上關於物質結構和性質的信息對於功能材料及藥物分子設計有著非常重要的意義。
11月1日,美國《科學》雜誌以論文形式正式發表了該項成果。科學家認為,這項成果將大大深化科學界對氫鍵本質的認識,為進一步實現氫鍵的人工控制提供基礎,具有極其重要的科學意義和實用價值。