Un equipo de investigadores de UC San Diego, Florida State University y Pacific Northwest National Laboratories han visualizado por primera vez el crecimiento de complejos químicos a 'nanoescala' en tiempo real, demostrando que los procesos en líquidos a la escala de una mil millonésima parte de un metro se pueden documentar a medida que ocurren.
El logro, que hará posible muchos avances futuros en nanotecnología, se detalla en un artículo publicado en línea hoy en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense . Los químicos y científicos de materiales podrán utilizar este nuevo desarrollo en su investigación básica y aplicada, por ejemplo, para comprender mejor la formación escalonada de nanoestructuras.
Previamente, los científicos podrían examinar los cambios en las nanoestructuras solo observando las alteraciones a gran escala de una población masiva de partículas o tomando "capturas de pantalla" de forma estática de nanoestructuras individuales con microscopía electrónica.
'Ese proceso es como tomar fotos cada 10 minutos de un partido de fútbol y luego tratar de juntar estas fotos para contar la historia de lo que es realmente un proceso altamente dinámico, 'dijo Nathan Gianneschi, profesor asociado de química y bioquímica en UC San Diego que dirigió el esfuerzo de investigación con Seth Cohen, presidente del Departamento de Química y Bioquímica de UC San Diego.
'Hasta ahora, este era el estado del arte en términos de cómo podríamos documentar cómo se formaron las nanoestructuras. El desarrollo que describimos en nuestro artículo demuestra que estos procesos se pueden observar en tiempo real, literalmente grabando estos procesos en el nivel de nanoescala usando un microscopio electrónico. '
El desarrollo empleó un proceso desarrollado recientemente llamado Microscopía Electrónica de Transmisión de Celdas Líquidas. Microscopio de transmisión por electrones, o TEM, Los científicos lo han utilizado durante mucho tiempo para obtener imágenes de materiales a nanoescala y comprender la estructura a nanoescala. Mientras avanza en Liquid Cell TEM, o LCTEM, había permitido a los científicos visualizar el movimiento de objetos a nanoescala en líquidos, Los investigadores aún no habían descubierto una manera de usarlo para visualizar el crecimiento de complejos autoensamblados, nanoestructuras químicas.
'Demostramos por primera vez que esta técnica se puede utilizar para observar el crecimiento de materiales híbridos orgánicos-inorgánicos complejos, proporcionando una comprensión sin precedentes de su formación, dijo Gianneschi. "Esta demostración marca un importante paso adelante para que LCTEM se convierta en esencial para nuestra comprensión de los procesos a nanoescala para todos los materiales en líquidos".
El equipo de científicos incluyó a Joseph Patterson y Michael Denny de UC San Diego, Patricia Abellan, Nigel Browning y James Evans del Pacific Northwest National Laboratory y Chiwoo Park del estado de Florida. Patterson, el primer autor del artículo, Hizo toda la Microscopía de Transmisión de Celdas Líquidas en instrumentos en UC San Diego y PNNL con la ayuda de Evans, que es un experto en la técnica, mientras que Park fue responsable del análisis de video.
Para hacer las cosas simples Los investigadores se propusieron inicialmente estudiar un sistema químico conocido por ensamblarse con un número limitado de componentes y dar lugar a materiales bien definidos.
'Consideramos que las estructuras metal-orgánicas son el punto de partida perfecto para esto porque dan estructuras ordenadas a través de un proceso de ensamblaje e incluyen componentes orgánicos e inorgánicos, dijo Gianneschi. «El primer paso fue determinar si estas nanoestructuras sobrevivirían al experimento. Esto es necesario porque los materiales son susceptibles de ser destruidos por el haz de electrones de alta energía que se utiliza para obtener imágenes de ellos. Una vez establecidas estas condiciones, Luego pudimos hacer fluir componentes en el instrumento TEM, en solvente, y observe cómo se llevó a cabo el proceso de montaje. Esto fue posible utilizando un soporte de celda de muestra especial para el TEM que nos permitió colocar líquidos dentro de una cámara, dentro del instrumento de alto vacío. Entonces podríamos imaginar a través de la cámara, para ver qué hay dentro.
La demostración de los científicos de que se pueden obtener imágenes de estos complejos químicos en tiempo real sugiere que los procesos complejos de otros 'autoensamblajes delicados' podrían dilucidarse con mayor detalle. como productos químicos y virus producidos biológicamente, que son más de mil veces más pequeñas que las bacterias.
Este avance proporciona una herramienta para observar el material a medida que se ensambla con resoluciones que solo son posibles mediante microscopía electrónica, Dijo Gianneschi. 'Es decir, Se pueden observar escalas de longitud que son relevantes para materiales y procesos a nanoescala. En términos de dinámica de imágenes como esta, creemos que tendrá un impacto en la forma en que se desarrolla la nanotecnología en el futuro ”.
