Los investigadores de EPFL han desarrollado una herramienta de imágenes ópticas para visualizar la química de la superficie en tiempo real. Obtuvieron imágenes de la química interfacial en la geometría microscópicamente confinada de un simple microcapilar de vidrio. El vidrio está cubierto de grupos hidroxilo (-OH) que pueden perder un protón, una reacción química muy estudiada que es importante en geología. química y tecnología. Un capilar de 100 micrones de largo mostró una notable dispersión en la constante de disociación del enlace OH de la superficie de un factor de mil millones. La investigación ha sido publicada en Ciencias .

Geológico, catalítico, Los procesos biológicos y químicos son impulsados ​​por heterogeneidades químicas superficiales, campos electrostáticos y flujo. Para comprender estos procesos y permitir un mayor desarrollo de nuevos materiales y microtecnología, Los investigadores del Laboratorio de Biofotónica Fundamental (LBP) de la EPFL han diseñado un microscopio que puede rastrear, en tiempo real, cambios espaciales tridimensionales en la estructura molecular y la química de sistemas confinados, como superficies curvas y poros. El microscopio se utilizó para obtener imágenes de la estructura química de la superficie del interior de un microcapilar de vidrio. Los mapas de potencial de superficie se construyeron a partir de imágenes de milisegundos, y se determinó la constante de reacción química de cada píxel de 188 nm de ancho. Asombrosamente, este sistema muy simple, que se utiliza en muchos dispositivos, mostró una notable extensión en la heterogeneidad de la superficie. Los hallazgos de los investigadores se han publicado en Science. Su método será de gran ayuda para comprender la química (electro) fundamental, procesos geológicos y catalíticos y para la construcción de nuevos dispositivos.

Imagen de segundo armónico

Sylvie Roke, directora de la Cátedra Julia Jacobi de Fotomedicina en EPFL, ha desarrollado un conjunto único de herramientas ópticas para estudiar el agua y las interfaces acuosas a nanoescala. Ella usa generación de segundo armónico y de frecuencia de suma, que son procesos ópticos en los que dos fotones de cierto color se convierten en un nuevo color. "El proceso de segundo armónico involucra fotones de femtosegundos de 1000 nm, es decir, 0.0000000000000 Ráfagas de luz de 1 segundo, que se convierten en fotones de 500 nm, y esto ocurre solo en las interfaces, "dice Roke." Por lo tanto, es ideal para microscopía interfacial. Desafortunadamente, el proceso es muy ineficiente. Pero al utilizar una serie de trucos ópticos, como imágenes de campo amplio y modelado de luz, pudimos mejorar tanto el rendimiento de la imagen como la resolución, reduciendo el tiempo para grabar una imagen de minutos a 250 milisegundos ".

Química de superficie sorprendente

Luego, los investigadores tomaron imágenes de la reacción de desprotonación de la interfaz capilar / agua de sílice interna en tiempo real. La sílice es uno de los minerales más abundantes en la tierra, y su interacción con el agua da forma a nuestro clima y medio ambiente. Aunque muchos investigadores han caracterizado las propiedades de la interfaz sílice / agua, no hay consenso sobre su reactividad química. Roke continúa:"Nuestros datos muestran por qué hay una notable dispersión en la reactividad de la superficie, incluso en una porción muy pequeña de un capilar. Nuestros datos ayudarán en el desarrollo de modelos teóricos que sean más efectivos para capturar esta sorprendente complejidad. Además, Nuestro método de obtención de imágenes se puede utilizar para una amplia variedad de procesos, como para analizar el funcionamiento en tiempo real de una pila de combustible, o para ver qué faceta estructural de un mineral es más químicamente activa. También podríamos obtener más información sobre los nanocanales y los poros tanto artificiales como naturales.