Un nuevo microscopio que se construirá en la Universidad de Houston (UH) brindará a los científicos una mejor manera de estudiar las propiedades químicas de una variedad de superficies, abarcando toda la gama desde plásticos y metales hasta células y agua. Los investigadores dicen que esto ayudará tanto en los estudios ambientales como en la ciencia de los materiales.

A tres años, La subvención de $ 1 millón de la Fundación W. M. Keck se otorgó a Steven Baldelli, profesor asociado de química en la UH, para construir el dispositivo. Baldelli está colaborando en este proyecto con Kevin Kelly, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Rice.

"Las superficies están en todas partes; sin embargo, estudiar su química es un poco complicado ya que las superficies a menudo tienen solo uno o dos átomos de espesor, ", Dijo Baldelli." Las superficies normalmente tienen propiedades diferentes que la mayor parte del material ".

El microscopio que está construyendo el grupo de Baldelli permitirá a los científicos obtener más información sobre las superficies. La técnica actual de generación de frecuencia de suma, o SFG, utiliza un láser y proporciona la naturaleza química general de la superficie, pero no la química detallada de las diferentes regiones de una superficie y cómo reaccionan.

"Si miras una pieza de metal, algunas partes serán brillantes, algunos aburridos algo oxidado, Baldelli dijo. La química no es uniforme en toda la superficie. Este nuevo microscopio capturará y proporcionará datos para todas las áreas. Las técnicas actuales difuminan los detalles de regiones específicas ".

Baldelli dice que conocer más sobre las diversas regiones de una superficie será útil para muchas áreas de la ciencia, incluida la ciencia ambiental para estudios de minerales y superficies de agua naturales, así como la ciencia de los materiales para fabricar diferentes materiales como metales, aleaciones y polímeros. Para el nuevo microscopio, Baldelli está combinando SFG con una técnica llamada imágenes de detección por compresión, lo que permitirá a los científicos dividir los datos en regiones localizadas para ver las reacciones del área específica.

Según Baldelli, el láser les permite aprender cómo se comportan las moléculas de la superficie al observar cómo interactúan las moléculas con la luz del láser. Cuando el rayo láser golpea la muestra, los investigadores recuperan la señal y analizan lo que sucede después de que impacta, dándoles datos sobre si la muestra absorbe luz, emite nuevas señales de luz o cambia la polarización de la luz.

Antes de recibir la beca de la Fundación Keck, los grupos Baldelli y Kelly construyeron un prototipo para demostrar que el concepto funcionaría. Baldelli y el estudiante graduado de la UH Xiaojun Cai trabajaron en química y óptica láser, mientras Kelly y su alumno Ting Sun manipulaban los datos de las imágenes para analizar las señales de la superficie. Sus resultados fueron publicados en el Revista de física química , junto con otro miembro del equipo y ex alumno de UH, Bian Hu, que trabajó con el grupo Rice. El artículo está disponible en línea en http://jcp.aip.org/resource/1/jcpsa6/v135/i19/p194202_s1.

"Tomó un par de años y se construyó con repuestos, pero hemos podido demostrar que el principio funciona, Baldelli dijo:"Hemos demostrado que podemos recuperar las imágenes y las señales de la superficie".

La subvención permitirá al equipo comprar un láser más rápido, dándoles la capacidad de construir un dispositivo con resolución de imagen mejorada y velocidad de adquisición de datos. Con más de 50 grupos en todo el mundo que utilizan la técnica SFG actual para mediciones de química de superficies, Baldelli dice que una vez que este nuevo microscopio esté completo y completamente probado, Será fácil para los científicos de todo el mundo adoptar la función adicional de detección por compresión.

"Aproximadamente dos tercios de los grupos que utilizan SFG ya tienen un láser con adquisición rápida, ", Dijo Baldelli." Una vez que construimos y probamos este microscopio combinado de SFG y sensor de compresión, otros grupos deberían poder implementar la técnica sin demasiados gastos adicionales ".