東京大學研究生院理學系研究科化學專業的中村榮一特別教授等人組成的研究團隊6月4日宣佈，以每秒1600幀的全球飛車轉速，成功拍攝到了與搖晃沙錘時裏面的小石子來回短程飛行的情形相似的分子運動。此次拍攝速度遠遠高於原來的約20幀每秒，爲分析以前難以預測的分子快速運動開闢了道路。
研究團隊利用了中村教授等人自主開發的捕捉單個分子變化的「原子解析度單分子即時電子顯微鏡（SMART-EM）記述」，以及網路影片等採用的影像降噪技術。在筒狀碳材料奈米碳管中放入球狀碳分子富勒烯類後，以每秒1600幀的速度拍攝約10秒鐘，成功捕捉到了富勒烯類隨着奈米碳管的振動而運動的情形。
拍攝分子運動的研究概況（圖片由東京大學提供）
以前，利用檢測原子之間的作用力的高速原子力顯微鏡時，最高拍攝速度爲每秒20幀左右。這個速度很難捕捉到分子不規則運動的瞬間，解析度也不夠高。除SMART-EM等技術之外，研究團隊還透過疊加拍攝的相鄰幀等方法提高了畫質。另外還實施了統計分析，以0.01奈米和0.9毫秒的超高精度確定了分子的位置。
關於富勒烯類的運動，中村教授表示：「就像是搖晃沙錘時，裏面的小石子短程飛行的情形一樣。分子遵循量子力學原理，但由於富勒烯類有一定的重量，因此一旦施加機械力，可能就會表現出類似於牛頓力學那樣的行為。」奈米碳管的振動終極因數尚不清楚，可能是受到了顯微鏡的微弱振動的影響。
富勒烯類二聚體在奈米碳管中行程的影像（圖片由東京大學提供）
此前很難直接拍攝分子的運動和反應，一直被當作隨機事件來處理。如果能利用此次開發的方法捕捉這些瞬間，不僅可爲捕捉單個分子運動的研究開闢道路，還有助於理解構成分子的原子的排列變化和化學反應機制。
中村教授介紹說：「觀察以肉眼看不到的速度運動的物體是人類自古以來的夢想，現在終於到達了分子層面。今後，從材料科學到生命科學，該技術有望廣泛應用於此前只能透過理論計算瞭解的各種現象的研究。」
研究團隊由中村特別教授、與其同一專業的原野幸治特任副教授、美國弗吉尼亞理工學院和日本九州大學的村山光宏教授等人組成。相關研究成果已於6月4日發佈在日本的化學期刊《Bulletin of the Chemical Society of Japan》的特輯號。
日文：JST Science Portal編輯部
中文：JST客觀日本編輯部
