Hasta la fecha, no había sido posible realizar un análisis espectroscópico o microscópico electrónico de hidrógeno y los enlaces de hidrógeno en moléculas individuales, y las investigaciones usando microscopía de fuerza atómica tampoco habían dado resultados claros.
Con este estudio, se abren nuevas formas de identificar moléculas tridimensionales, como ácidos nucleicos o polímeros, mediante la observación de átomos de hidrógeno.
El hidrógeno es el elemento más común en el universo y es una parte integral de casi todos los compuestos orgánicos. Las moléculas y secciones de macromoléculas están conectadas entre sí a través de átomos de hidrógeno, una interacción conocida como enlace de hidrógeno. Estas interacciones juegan un papel importante en la naturaleza, porque son responsables de propiedades específicas de proteínas o ácidos nucleicos y, por ejemplo, también aseguran que el agua tenga una temperatura de ebullición alta.
El doctor Shigeki Kawai, del equipo del profesor Ernst Meyer en el Instituto Suizo de Nanociencia y el Departamento de Física de la Universidad de Basilea, ha logrado utilizar un microscopio de fuerza atómica de alta resolución para estudiar los átomos de hidrógeno en los compuestos de hidrocarburos cíclicos individuales.
En estrecha colaboración con otros científicos de Japón, los investigadores seleccionaron compuestos cuya configuración se parece a la de una hélice. Estos propelanos se disponen sobre una superficie de tal manera que dos átomos de hidrógeno siempre apuntan hacia arriba. Si la punta del microscopio de fuerza atómica, que está funcionalizado con monóxido de carbono, se aproxima lo suficiente a estos átomos de hidrógeno, se forman enlaces de hidrógeno que luego pueden ser examinados.
Los enlaces de hidrógeno son mucho más débiles que los enlaces químicos, pero más fuertes que las interacciones intermoleculares de Van der Waals. Las fuerzas y distancias medidas entre los átomos de oxígeno en la punta del microscopio de fuerza atómica y los átomos de hidrógeno del propelano corresponden muy bien a los cálculos realizados por el profesor Adam S. Foster, de la Universidad de Aalto, en Finlandia, que muestran que la interacción claramente implica enlaces de hidrógeno. Las mediciones significan que las fuerzas de Van der Waals más débiles y los enlaces iónicos más fuertes pueden ser excluidos.