Team kortlægger magnetiske felter af bakterieceller og nanoobjekter for første gang

Et forskerhold ledet af en videnskabsmand fra det amerikanske energiministeriums Ames Laboratory har for første gang vist, at de magnetiske felter i bakterieceller og magnetiske nanoobjekter i væske kan studeres i høj opløsning ved hjælp af elektronmikroskopi. Denne proof-of-princip-evne tillader førstehåndsobservation af fænomener i flydende miljø, og har potentialet til i høj grad at øge viden inden for en række videnskabelige områder, herunder mange områder af fysik, nanoteknologi, konvertering af biobrændstoffer, biomedicinsk videnskab, katalyse, batterier og farmakologi.

"Det er meget som at kunne rejse til en Jurassic Park og se dinosaurer gå rundt, i stedet for at prøve at gætte, hvordan de gik, ved at undersøge et forstenet skelet, " sagde Tanya Prozorov, en associeret videnskabsmand i Ames Laboratory's afdeling for materialevidenskab og teknik.

Prozorov arbejder med biologiske og bioinspirerede magnetiske nanomaterialer, og stod over for, hvad der oprindeligt så ud til at være en uoverkommelig udfordring ved at observere dem i deres oprindelige flydende miljø. Hun studerer et modelsystem, magnetotaktiske bakterier, som danner perfekte nanokrystaller af magnetit. For bedst at lære, hvordan bakterier gør dette, hun havde brug for et alternativ til den typiske elektronmikroskopiproces med håndtering af faste prøver i vakuum, hvor blødt stof studeres i forberedt, tørret, eller forglasset form.

Til dette arbejde, Prozorov modtog DOE-anerkendelse gennem et tilskud fra Office of Science Early Career Research Program til at bruge banebrydende elektronmikroskopiteknikker med en væskecelleindsats for at lære, hvordan de individuelle magnetiske nanokrystaller dannes og vokser ved hjælp af biologiske molekyler, hvilket er afgørende for fremstilling af kunstige magnetiske nanomaterialer med nyttige egenskaber.

At studere magnetisme i bakterier, hun anvendte off-akse elektronholografi, en specialiseret teknik, der bruges til karakterisering af magnetiske nanostrukturer i transmissionselektronmikroskopet, i kombination med den flydende celle.

"Når vi ser på prøver tilberedt på konventionel måde, vi er nødt til at gøre mange antagelser om deres egenskaber baseret på deres endelige tilstand, men med den nye teknik, vi kan nu observere disse processer på første hånd, " sagde Prozorov. "Det kan hjælpe os med at forstå dynamikken i makromolekyleaggregering, nanopartikel selvsamling, og virkningerne af elektriske og magnetiske felter på den proces."

"Denne metode giver os mulighed for at få store mængder ny information, " sagde Prozorov. "Det er et første skridt, beviser, at kortlægningen af ​​magnetiske felter i væske på nanometerskala med elektronmikroskopi kunne udføres; Jeg er ivrig efter at se de opdagelser, det kan fremme inden for andre områder af videnskaben."

Forskningen er detaljeret i papiret, "Off-akse elektronholografi af bakterieceller og magnetiske nanopartikler i væske, " af T. Prozorov, T.P. Almeida, A. Kovács, og R.E. Dunin-Borkowski:og udgivet i Journal of the Royal Society Interface .