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  • El nuevo enfoque de imágenes de microondas abre una visión a nanoescala de los procesos en líquidos

    Los científicos de NIST y ORNL han ideado un enfoque de imágenes de microondas de campo cercano para capturar imágenes de procesos a nanoescala en condiciones naturales. A medida que la punta de un microscopio de fuerza atómica escanea sobre una membrana ultrafina, emite microondas de campo cercano a la muestra de abajo. Se muestran imágenes de células de levadura y dendritas de plata, que se formó en un electrodo durante la galvanoplastia. Crédito:Kolmakov / CNST

    Los investigadores de nanotecnología del gobierno de los EE. UU. Han demostrado una nueva ventana para ver lo que ahora son en su mayoría operaciones clandestinas que ocurren en mojado, reinos inhóspitos del nano-mundo:procesos de importancia tecnológica y médica que ocurren en los límites entre líquidos y sólidos, como en las baterías o en las membranas celulares.

    El nuevo enfoque de generación de imágenes por microondas supera a los métodos basados ​​en rayos X y electrones que pueden dañar las muestras delicadas y los resultados embarrados. Y evita que los equipos costosos estén expuestos a líquidos, al tiempo que elimina la necesidad de endurecer las sondas contra corrosivos, tóxico, u otros entornos dañinos.

    Escribiendo en el diario ACS Nano , los colaboradores, del Centro de Ciencia y Tecnología a Nanoescala del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía (ORNL), describen su nuevo enfoque para obtener imágenes de muestras reactivas y biológicas a niveles de nanoescala en condiciones realistas. condiciones.

    El elemento clave es una ventana, una membrana ultrafina que separa la sonda en forma de aguja de un microscopio de fuerza atómica (AFM) de la muestra subyacente, mantenido en recipientes diminutos que mantienen un ambiente líquido o gaseoso constante. La adición transforma las imágenes de microondas de campo cercano en una herramienta versátil, extender su uso más allá de la tecnología de semiconductores, donde se utiliza para estudiar estructuras sólidas, a un nuevo reino de líquidos y gases.

    "El ultrafino, La membrana transparente a las microondas permite examinar la muestra de la misma manera que se utilizó el radar de la Tierra para revelar imágenes de la superficie de Venus a través de su atmósfera opaca. ", explicó el físico del NIST, Andrei Kolmakov.

    "Generamos microondas en el vértice, o muy al final, de la punta de la sonda, "Dijo Kolmakov." Las microondas penetran a través de la membrana unos cientos de nanómetros de profundidad en el líquido hasta el objeto de interés. A medida que la punta escanea la muestra a través de la membrana, registramos las microondas reflejadas para generar la imagen ".

    Las microondas son mucho más grandes que los objetos a nanoescala que están acostumbrados a "ver". Pero cuando se emite desde una distancia minúscula, Las microondas de campo cercano reflejadas en una muestra producen una imagen sorprendentemente detallada.

    En sus experimentos de prueba de concepto, El equipo de NIST-ORNL utilizó su microscopio híbrido para obtener una vista a nanoescala de las primeras etapas de un proceso de galvanoplastia de plata. Las imágenes de microondas capturaron la formación electroquímica de racimos de metales ramificados, o dendritas, en electrodos. Se podían discernir características casi tan pequeñas como 100 nanómetros (mil millonésimas de metro).

    Tan importante, las microondas de baja energía eran demasiado débiles para romper los enlaces químicos, calor, o interferir de otras formas con el proceso que estaban siendo utilizados para capturar en imágenes. A diferencia de, un microscopio electrónico de barrido que se utilizó para registrar el mismo proceso de galvanoplastia a niveles comparables de resolución produjo imágenes que mostraban la delaminación y otros efectos destructivos del haz de electrones.

    El equipo informa un éxito similar en el uso de su configuración de microondas AFM para registrar imágenes de células de levadura dispersas en agua o glicerol. Los niveles de resolución espacial fueron comparables a los logrados con un microscopio electrónico de barrido, pero otra vez, estaban libres del daño causado por el haz de electrones.

    En sus experimentos, el equipo usó membranas, hechas de dióxido de silicio o nitruro de silicio, que variaban en grosor de 8 nanómetros a 50 nanómetros. Ellos encontraron, sin embargo, que cuanto más delgada sea la membrana, mejor será la resolución (hasta decenas de nanómetros) y mayor será la profundidad de sondeo (hasta cientos de nanómetros).

    "Estos números se pueden mejorar aún más con el ajuste y el desarrollo de una mejor electrónica, "Dijo Kolmakov.

    Además de estudiar procesos en reactivo, tóxico, o ambientes radiactivos, los investigadores sugieren que su enfoque de imágenes de microondas podría integrarse en dispositivos fluídicos de "laboratorio en un chip", donde se puede utilizar para tomar muestras de líquidos y gases.


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