我们在世界上第一次成功地直接观察到每个有机分子随时间变化的形状和运动。为了实现他们的研究目标，他们首先合成了一种类似于脂质分子的化合物，脂质分子是细胞膜的主要成分。在真空中挥发碳纳米管放入内部，高分辨率电子显微镜观察时，饱和烃链的运动及其在管内的来回运动可以在几秒钟内观察到。以前没有人见过的分子运动被记录为持续约一分钟的视频。
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单个有机分子在几秒钟内形状的变化被记录为一分钟的视频
右下角显示同一分子的两种形状（模型）
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在日本科学技术振兴机构战略创意研究推进计划执行实施研究（ERATO）中村活性炭簇项目下，研究导师中村荣一教授（东京大学）、末永一智博士（米乐m6官方网站）和东京大学的矶部博之助理教授领导的联合研究小组，成为世界上第一个成功利用透射电子显微镜（TEM）观察有机小分子化学结构的研究小组。以前没有人见过的分子运动被记录为持续约一分钟的视频。这项研究可以说类似于将以肉眼无法察觉的速度飞行的蜜蜂（分子）捕获在玻璃管（碳纳米管）中，观察蜜蜂摇动翅膀四处走动的情况。
“像观察分子模型一样观察有机分子形状的变化”一直是研究人员的梦想。人们认为TEM将是实现这一目的的最佳方法，但它被认为很难实现这一点，因为要观察的分子在真空中快速飞行（每秒几十米），并且有机分子在电子束照射下很容易被破坏。中村教授领导的联合研究小组认为，在之前的研究中，有机分子被观察为薄膜状固体（电子束的能量转化为热能，导致分子相互反应并分解），这一事实存在问题。因此，他提出了通过在真空中分离分子，可以观察单个有机分子的想法。中村教授和他的同事通过将有机分子捕获在碳纳米管内以减缓其运动，抑制电子束作用产生的热量，并消除分子之间发生化学反应的可能性，成功地直接观察单个分子。实验使用分辨率为21埃、加速电压为120 kV的TEM。
为了颠覆传统观念，我们认为设计要观察的分子很重要。联合研究团队结合标志性分子（硼簇）和柔性链分子（碳氢化合物），设计合成了一系列具有类似脂质分子特征结构的分子。通过将分子捕获并固定在直径为09 nm的细纳米管中，并在显微观察下获取电子束能量损失光谱，我们确认了硼原子的存在，并通过确认特征分子结构，我们首次证明了可以使用电子显微镜观察单个小分子（图1和图2）。因为显微镜的分辨率达不到15埃（碳-碳键的长度），而且由于分子热运动，所以不可能看到单个碳原子，但可以清楚地看到碳链和由硼组成的球形部分。
通过将分子装入直径为 12 nm 的稍厚管中，我们发现可以在几秒钟内直接对分子的运动进行成像。换句话说，在 40 秒内（曝光时间 05 秒，以 21 秒增量拍摄图像）的连续图像中捕获了在管内缓慢旋转的具有两条烃链的分子的两条链（图 3 和 4 以及视频）。
该视频的独特之处在于碳氢链不是连续的，而是像从一种形状跳跃到另一种形状一样变化。这是首次在分子水平上通过实验观察到这种现象，未来的实验和理论研究值得期待。
还观察到12 nm管中的分子以每秒约10 nm的速度来回移动。当我们绘制速度变化图表时，我们发现速度变化频繁，有时它会卡在管子的一部分上并停止移动（图5）。可以看出，管子与有机分子之间的“分子级摩擦”很大程度上受到分子与石墨之间相互作用的细微变化的影响。
分子形状的变化分阶段发生的事实使我们预计，我们用作这种分子设计模型的脂质分子的结构，当它们在细胞膜内移动时，会经历类似的逐渐结构变化。此外，考虑到碳氢化合物分子被广泛用作润滑剂，假设润滑剂和固体表面之间的相互作用在分子水平上不是连续的。换句话说，润滑现象被理解为一种物理现象，是无数分子相互作用的总和，但目前的结果表明，在单个分子水平上，并非所有分子同时平滑运动。这类似于对人类社会的观察（物理润滑现象）不一定对预测人类个体的行为（这种观察结果）有用。
随着电子显微镜的改进和新的化学方法将分子一一固定的发展，预计这种单分子观察方法将来将应用于多种有机和无机分子，并有助于阐明单个分子以前未知的行为。 ERATO Nakamura 活性炭簇项目正在开发一种专门用于观察分子的电子显微镜。去年，米乐m6官方网站 (AIST) 安装了一台最先进的电子显微镜，该显微镜配备了各种创新技术，例如将观察对象冷却至零下 269 度（图 6）。
该研究成果是由研究导师中村英一教授（东京大学）、末永一友博士（国立先进产业技术研究所）和东京大学助理教授矶部博之组成的联合研究小组，利用日本文部科学省的科学研究补助金（探索性研究），在中村活性炭集群项目下完成的，并由美国科学促进会出版（美国科学促进会）。科学）杂志电子突发新闻版科学快车，随后在杂志网站和印刷版上发表。
http://wwwsciencemagjp/contribinfo/geneinfohtml
科学 (科学) 期刊，论文名称：运动中的单个有机分子的成像（对单个移动的有机分子进行成像）