Desde materiales energéticos hasta diagnósticos de enfermedades, Las nuevas técnicas de microscopía pueden proporcionar una visión más matizada. Los investigadores primero deben comprender los efectos de la radiación en las muestras.

En un nuevo artículo publicado la semana pasada en Avances de la ciencia , un equipo de científicos e ingenieros investigó los mecanismos que degradan la calidad de la muestra en la microscopía electrónica de transmisión de células líquidas (LC-TEM). Desarrollaron un dispositivo LC-TEM que utiliza múltiples ventanas y características con patrones para explorar los impactos del bombardeo de electrones de alta energía en nanopartículas y muestras biológicas sensibles.

Las instituciones colaboradoras incluyen la EMSL, el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), Universidad de Illinois Chicago, Universidad Estatal de Florida, Universidad Estatal de Washington y Universidad Tecnológica de Michigan. El autor principal del estudio, Trevor Moser, actualmente en la PNNL, es un estudiante de doctorado en Michigan Tech que estudia con Tolou Shokuhfar, profesor adjunto de ingeniería mecánica en Michigan Tech y profesor asociado de bioingeniería en la Universidad de Illinois Chicago, y James Evans, un científico senior en PNNL.

El equipo explica que la microscopía electrónica de transmisión (TEM) se basa en un haz de electrones de alta energía que atraviesa una muestra. Si la muestra es de un electrodo de batería o de células bacterianas, los electrones que pasan se dispersarán de una manera específica reflejando la estructura atómica de la muestra. En LC-TEM, los materiales se pueden examinar en un estado nativo permitiendo observaciones dinámicas, pero las muestras son líquidas o suspendidas en líquido y deben sellarse herméticamente para resistir el vacío espacial del instrumento. Existe un equilibrio entre garantizar que el líquido no se evapore y proporcionar suficiente espacio de visualización para que pase el haz de electrones.

"Hemos diseñado y fabricado nuevos dispositivos para contener muestras líquidas que nos brindan más regiones de 'ventana' para recolectar imágenes de las que estaban disponibles anteriormente, ", Dice Moser." Con estas múltiples ventanas, pudimos estudiar cómo la historia de la irradiación de electrones influye en la nucleación y el crecimiento de las nanopartículas de plata, cuyas propiedades de crecimiento son sensibles a los radicales que se generan con la viga. También los usamos para estudiar cómo estos radicales impactan en las células bacterianas y demostrar la extrema sensibilidad de estas muestras biológicas al haz de electrones ".

La irradiación del haz de alta energía utilizado en LC-TEM puede causar daños físicos a las muestras. Por ejemplo, el equipo descubrió que cuando se obtenían imágenes de una célula, y se expuso a un flujo de electrones significativo por primera vez, el movimiento de nanopartículas observado en relación con la membrana celular era el resultado del daño celular. Eso es importante porque la información muestra que el movimiento es un artefacto de obtener imágenes de la célula en lugar de observar la dinámica celular en tiempo real.

"Pudimos capturar imágenes impecables de células utilizando nuestro dispositivo multicámara en el que la primera imagen representaba la primera exposición de las células a dosis significativas de electrones, "Dice Evans.

"Dado que las propiedades nativas de la muestra pueden verse alteradas o cambiadas por los efectos de estos radicales generados por haces de electrones, "Shokuhfar dice, "Comprender los cambios químicos de una muestra líquida como resultado de la irradiación de electrones es clave para interpretar correctamente los datos recopilados con esta técnica".

A medida que se van recogiendo los matices de LC-TEM, posibles aplicaciones incluyen la recopilación de resolución extremadamente alta, información detallada sobre dispositivos de energía y materiales de almacenamiento, así como sobre detección de enfermedades, imágenes médicas y profundización en los conceptos básicos de la actividad celular. En cuanto a los próximos pasos, el equipo planea centrarse en caracterizar más muestras biológicas, que parecen ser vulnerables a los efectos de la irradiación de electrones. El nuevo dispositivo LC-TEM ofrece más ventanas a este complejo mundo atómico, proporcionando más oportunidades de avances en energía y salud.