Nyt værktøj giver forskere mulighed for at visualisere nanoskala -processer

Kemikere ved UC San Diego har udviklet et nyt værktøj, der gør det muligt for forskere for første gang at se, i størrelsesordenen fem milliarder af en meter, "nanoskala" blandingsprocesser, der forekommer i væsker.

"At være i stand til at se på kemiske gradienter og reaktioner i nanoskala, når de finder sted, er bare et så grundlæggende værktøj i biologien, kemi og al materialevidenskab, "sagde Nathan Gianneschi, en professor i kemi og biokemi, der stod i spidsen for teamet, der detaljerede udviklingen i et papir i denne uges nummer af tidsskriftet Mikroskopi og mikroanalyse . "Med dette nye værktøj, vi vil være i stand til at se på kinetikken og dynamikken i kemiske interaktioner, som vi aldrig har kunnet se før. "

Forskere har længe stolet på transmissionselektronmikroskopi, eller TEM, at se strukturer i nanoskalaen. Men den teknik kan kun tage statiske billeder, og emnerne skal tørres, eller frosset og monteret i et vakuumkammer for at blive set. Som resultat, forskere har ikke været i stand til at se levende processer eller kemiske reaktioner på nanoskalaen, såsom vækst og sammentrækning i levende celler af små fibre eller nanoskala fremspring, afgørende for cellens bevægelse og division, eller ændringer forårsaget af en kemisk reaktion i en væske.

"Som kemikere, vi kunne kun virkelig analysere slutprodukterne eller ændringer i løsningen af ​​løsninger, eller billede med lav opløsning, fordi vi aldrig kunne se begivenheder direkte forekomme i nanoskalaen, "sagde Gianneschi.

Seneste udvikling inden for Liquid Cell TEM, eller LCTEM, har givet forskere mulighed for endelig at tage videoer af nanoskalaobjekter i væsker. Men denne teknik har været begrænset af manglende evne til at kontrollere blanding af løsninger, et krav, når man prøver at se og analysere virkningen af ​​et lægemiddel på en levende celle eller reaktionen af ​​to kemikalier.

Joseph Patterson, en postdoktor i Gianneschi -laboratoriet, arbejder med forskere på SCIENION AG i Tyskland og Pacific Northwest National Laboratory, har taget et stort skridt til at løse dette problem ved at udvikle en teknik såvel som et værktøj, der gør det muligt for forskere at deponere små mængder væske - omkring 50 billioner af liter - inden for LCTEM -mikroskopets betragtningsområde.

"Med denne teknik, vi kan se flere komponenter blandet sammen på nanoskalaen inden for væsker, så, for eksempel, man kunne se på biologiske materialer og måske se, hvordan de reagerer på et lægemiddel, "sagde Gianneschi." Det var aldrig muligt før. "

"Fordelene ved grundforskning er enorme, "tilføjede han." Vi vil nu være i stand til direkte at se væksten på nanoskala af alle slags ting, som naturlige fibre eller mikrotubuli. Der er stor interesse fra forskernes side for at forstå, hvordan overflader af nanopartikler påvirker kemiske reaktioner, eller hvordan nanoskala defekter på overflader af materialer udvikler sig. Vi kan endelig se på grænsefladerne på nanostrukturer, så vi kan optimere udviklingen af ​​nye slags katalysatorer, maling og suspensioner. "

Selvom forskerne endnu ikke har brugt deres værktøj til at se kemiske reaktioner i opløsning, de har vist, at teknikken virker til at give blanding ved hjælp af kombinationer af guldnanopartikler og andre nanoskala -krystaller suspenderet i en væske.

"Det, vi har demonstreret, er beviset på konceptet, "sagde Gianneschi." Men det er det, vi skal gøre næste gang. "

Selvom dette nye værktøj ikke tillader forskere at se molekyler i opløsning, Gianneschi sagde, at de burde kunne se virkningen af ​​kemiske reaktioner, der forekommer på materialer, der er større end fem nanometer, eller fem milliarddeler af en meter.

"Vi vil ikke observere molekyler, der støder sammen, men vi vil være i stand til at observere enkelte partikler og samlinger af dem, på nanometers længdeskala, "tilføjede han." At observere denne slags processer har været en af ​​de centrale udfordringer inden for nanovidenskab. "