东京理工大学 我们所描述的方法可以扩展到研究各种单分子之间的分子间化学反应，并从单分子的角度导致对化学反应的机械理解和对新反应性的探索
信用:东京理工大学 科学家们在全球范围内致力于控制化学反应——这是一个雄心勃勃的目标，需要确定初始反应物在反应发生时为达到最终产物所采取的步骤
虽然这个梦想仍有待实现，但探测化学反应的技术已经足够先进，使其成为可能
事实上，现在可以根据单个分子电子性质的变化来监控化学反应！多亏了扫描隧道显微镜，这也很容易实现
为什么不利用单分子方法来揭示反应途径呢？ 有了这个目标，日本东京理工大学的科学家决定通过使用扫描隧道显微镜测量单分子电导率的变化来探索脱氧核糖核酸“杂交”(由两条单链脱氧核糖核酸形成双链脱氧核糖核酸)
“单分子研究通常可以揭示化学和生物过程的新细节，由于单个分子行为的平均化，这些细节无法在大量分子集合中识别，”参与这项研究的西野友明教授解释说，他最近发表在《化学科学》上
科学家们将单链脱氧核糖核酸(ssDNA)附着在由金制成的扫描隧道显微镜针尖上，并通过一种被称为“吸附”的过程，用一层平坦的金膜将互补链粘在上面
“然后，他们在涂覆的扫描隧道显微镜针尖和金表面之间施加偏置电压，使针尖非常靠近表面，而不接触它(图
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这反过来又允许电流通过其间的空间，这一过程被称为“量子隧穿”
化学家们监测了当脱氧核糖核酸链相互作用时隧道电流的时间变化
研究小组获得了电流轨迹，描绘了由陡峭的斜坡和随后的隧道电流下降形成的高原区域
此外，当金表面未用ssDNA修饰或用非互补链修饰时，这些平台不会形成
在此基础上，科学家们将高原归因于双链脱氧核糖核酸(dsDNA)的形成，双链脱氧核糖核酸是由扫描隧道显微镜尖端和表面的ssDNA杂交产生的
等效地，他们将电流的突然减少归因于热扰动引起的dsDNA的击穿或“去混杂化”
接下来，研究小组利用实验结果和分子动力学模拟研究了去杂交和杂交过程的动力学(反应的时间演化)
前者揭示了一个不依赖于DNA浓度的平台电导，证实了当前的测量反映了单分子电导，而后者表明形成了一个部分杂交的DNA中间体，仅靠电导是检测不到的
有趣的是，对于高浓度的样品，杂交效率更高，这与之前用大体积ssDNA溶液进行的研究结果相矛盾
化学家们将这一观察归因于他们的研究中缺乏整体扩散
“这些新的见解应该有助于提高许多基于DNA的诊断的性能，”西野教授观察到，对这些发现感到兴奋，“此外，我们的方法可以扩展到研究各种单分子之间的分子间化学反应，从而能够从单分子的角度对化学反应进行机械理解并发现新的化学反应性。”
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