Nyt mikroskop med dobbelte funktioner understøtter mange undersøgelser

En enkelt streng af DNA. De giftige forurenende stoffer i luften. En malingprøve fra et uvurderligt kunstværk. Flager af en Mars -meteorit. Det er kun en smule af, hvad forskere vil kunne undersøge med det nye mikroskop-et atomkraft-Raman-mikroskop, for at være præcis - nu placeret i University of Delaware's Lammot du Pont Laboratory.

"UD er begejstret for at tilføje dette vigtige og state-of-the-art nye værktøj til vores pakke af instrumenter til undersøgelse af materialer i høj opløsning, "sagde Charles G. Riordan, vicepræsident for forskning, stipendium og innovation. "Med denne evne, UD fakultet, studerende og personale vil kunne drive forskning og uddannelse frem på en lang række områder, fra teknik til fysik til kunstbevaring. "

Det nye mikroskop vil hjælpe forskere med at gå, hvor de ikke kunne før. Tidligere anvendelsesområder havde bare ikke den superhøje opløsning og kemi-afdækningsevne, denne har.

"Dette mikroskop vil give forskere mulighed for at se objekter 10, 000 gange mindre end et menneskehårs diameter - plus give detaljerede oplysninger om både overfladen af ​​et materiale og dets kemi, "sagde Karl Booksh, professor i kemi og biokemi og samlingsstyrken bag UDs vellykkede forslag til National Science Foundation. NSF kom igennem med en $ 558, 228 tilskud fra programmerne Major Research Instrumentation and Chemistry Research Instrumentation og det etablerede program til stimulering af konkurrencedygtig forskning (EPSCoR). UD Research Office hjalp også med at støtte omkostningerne ved instrumentet, som blev købt hos Horiba, en førende leverandør af analytiske og videnskabelige målesystemer.

Dette nye værktøj er en "videnskabelig tofer, "at kombinere to mikroskoper i et. Et Raman -mikroskop, opkaldt efter den afdøde indiske fysiker og nobelist Sir Chandrashekhara Venkata Raman, scanner en prøve med en laser, interagerer med vibrationerne i molekylet af interesse, spredning af lyset. Disse lysmønstre fungerer som "fingeraftryk" til at identificere molekylerne og til at studere deres kemiske bindinger og graden af ​​interaktivitet med andre molekyler.

Et atomkraftmikroskop scanner en prøve ved hjælp af en lille sonde, der giver information om overfladen, såsom dens topografi, hårdhed, elektriske og termiske egenskaber. Denne sonde, tippet i guld, er næsten "atomisk skarp, "hvilket betyder, at det stort set er i stand til at detektere et enkelt atom.

Kombination af begge teknikker inden for et enkelt mikroskop leverer en skare information samtidigt. Og det er vigtigt for en række undersøgelser på tværs af universitetet og med branchens samarbejdspartnere, samt partnerskabsinstitutioner som Winterthur Museum.

At sætte omfanget på arbejde

I løbet af sommeren 2019, doktorand Devon Haugh og bachelor Savannah Talledo, en Wofford College-studerende, der deltager i det NSF-finansierede Science and Engineering Leadership Initiative på UD, brugte det nye mikroskop til at studere luftforurenende stoffer. Små gaspartikler fra køretøjets udstødning og sod, der genereres fra brændende kul, kan brænde klimaændringer og øge risikoen for astma, lungesygdom, hjertesygdomme og andre helbredsproblemer. Mikroskopet hjalp med at bestemme surheden i de luftbårne partikler, hvilket påvirker, hvor hurtigt de vil vokse i atmosfæren.

"At forstå surhed kan hjælpe os med at forbedre forudsigelser om, hvordan luftbårne partikler påvirker menneskers sundhed og klima, "sagde Murray Johnson, professor i kemi og biokemi, hvem der leder projektet. "I et konventionelt laboratorium, surhedsgrad måles med et pH -meter. Imidlertid, denne fremgangsmåde fungerer ikke for luftbårne partikler på en sub-mikrometer størrelse derfor behovet for nye målingstilgange som f.eks. Raman -mikroproben. "

Haugh var glad for at have adgang til det nye instrument til sit arbejde.

"Jeg bekymrer mig om sundheden i vores miljø, "sagde hun." Dette projekt giver mig mulighed for at bidrage til bedre forståelse og beskyttelse af det. "

Eksperter ved Winterthurs Scientific Research and Analysis Lab vil fokusere mikroskopet på museets værdifulde samlinger af historiske tekstiler, samt dets kinesiske eksportmalerier fra 1700- og 1800 -tallet, ifølge Jocelyn Alcántara-García, adjunkt og en medforsker om tilskuddet. I første halvdel af 1800 -tallet, med et løft i udenrigshandelen på grund af åbningen af ​​havne i Kina, et stort antal vestlige syntetiske kemiske pigmenter blev importeret til Kina. Inden længe, disse menneskeskabte pigmenter erstattede mineral- og plantepigmenterne, som kinesiske malere traditionelt havde brugt i deres kunstværker, fra akvareller til bagmalet glas. Det nye mikroskop vil hjælpe bevaringsforskere med at få en bedre forståelse af denne overgangsperiode.

Alcántara-García sagde, at hun vil bruge instrumentet til at forstå de fikseringsmidler, der blev brugt til at sætte farvestoffet i historiske tekstiler, som vil hjælpe tekstilkonservatorer og andre fagfolk med at bestemme nedbrydningsmekanismer og potentielle indgreb.

Løser udfordringer på Jorden og Mars

Nu, om disse meteoritter ... i et samarbejde, der begyndte, da han sluttede sig til UD -fakultetet for ti år siden, Booksh arbejder med Merck seniorforsker Joseph P. Smith, der fik sin doktorgrad i analytisk kemi ved UD, og med Marietta College professor Frank Smith, der fik sin doktorgrad i geologi ved UD, at låse op for nogle af planternes hemmeligheder gennem spor fra månen, Mars- og asteroide meteoritter. Prøverne kom til teamet med god autoritet - fra NASAs Johnson Space Center og fra Smithsonian.

Holdets primære interesse er disse steners kemiske sammensætning og egenskaber, som indeholder "choklommer" skabt af al den brud og smeltning, der opstod, da de ramte jorden. Deres kemi kan hjælpe med at afsløre geologi og atmosfærer på deres hjemmeplaneter. Smith sagde, at arbejdet også kunne hjælpe med at søge efter liv på Mars i NASAs og European Space Agency's 2020 rover -missioner.

"NASA- og ESA -roverne vil begge have, for første gang, Raman -spektrometre, der hjælper med at karakterisere Mars -overfladematerialer, "Sagde Smith." Som sådan, vores arbejde med at undersøge meteoritter kan hjælpe med at forbedre søgen efter liv på Mars ved at udvikle optimal dataindsamling og analysemetoder. "

Booksh og Smith arbejder også på andre spændende problemer lige her på Jorden - som samarbejdspartnere på Merck &Co. Inc. og UD -projektet med fokus på farmaceutiske applikationer. Teamet vil undersøge polymorfisme i lægemiddeludvikling - et fast stofs evne til at eksistere i to eller flere krystallinske former, hver med vidt forskellige fysiske og kemiske egenskaber. Polymorfer er særlig bekymrede for lægemiddelindustrien, fordi en af ​​disse former kan være toksisk, og mere end 50 procent af de aktive farmaceutiske ingredienser har mere end én polymorf.

"Vi håber at udvikle den næste generation af analytiske teknikker, der vil hjælpe med at løse disse komplekse udfordringer, som medicinalindustrien står over for, "Sagde Smith.