Un microscopio que se está desarrollando en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía permitirá a los científicos que estudian materiales biológicos y sintéticos observar simultáneamente propiedades químicas y físicas sobre y debajo de la superficie.

El microscopio de fuerza atómica híbrido de modo fotónico sintetizador es único, según el investigador principal Ali Passian del grupo del Sistema de Información Cuántica de ORNL. Como híbrido, el instrumento, descrito en un artículo publicado en Nanotecnología de la naturaleza , combina las disciplinas de la nanoespectroscopía y la microscopía nanomecánica.

"Nuestro microscopio ofrece un método rápido no invasivo para explorar materiales simultáneamente por sus propiedades químicas y físicas, ", Dijo Passian." Permite a los investigadores estudiar la superficie y el subsuelo de muestras sintéticas y biológicas, que es una capacidad que hasta ahora no existía ".

El instrumento de ORNL conserva todas las ventajas de un microscopio de fuerza atómica al mismo tiempo que ofrece el potencial de descubrimientos a través de su alta resolución y capacidades espectroscópicas del subsuelo.

"La originalidad del instrumento y la técnica radica en su capacidad para proporcionar información sobre la composición química de un material en el amplio espectro infrarrojo de la composición química al tiempo que muestra la morfología del interior y exterior de un material con una resolución a nanoescala, una mil millonésima parte de un metro, "Dijo Passian.

Los investigadores podrán estudiar muestras que van desde nanopartículas y nanoestructuras diseñadas hasta polímeros biológicos naturales, tejidos y células vegetales.

La primera aplicación como parte del BioEnergy Science Center del DOE fue el examen de las paredes celulares de las plantas bajo varios tratamientos para proporcionar una caracterización submicrónica. La pared celular vegetal es una nanoestructura en capas de biopolímeros como la celulosa. Los científicos quieren convertir dichos biopolímeros para liberar los azúcares útiles y liberar energía.

Un instrumento anterior, también inventado en ORNL, proporcionó imágenes de las estructuras de la pared celular del álamo que arrojaron información topológica sin precedentes, avanzar en la investigación fundamental en biocombustibles sostenibles.

Debido a las impresionantes capacidades de este nuevo instrumento, el equipo de investigadores prevé amplias aplicaciones.

"Existe una necesidad urgente de nuevas plataformas que puedan abordar los desafíos de la caracterización química y del subsuelo a escala nanométrica, ", dijo el coautor Rubye Farahi." Los enfoques híbridos como el nuestro reúnen múltiples capacidades, en este caso, espectroscopía y microscopía de alta resolución ".

Mirando adentro el microscopio híbrido consta de un módulo fotónico que se incorpora a un microscopio de fuerza atómica de síntesis de modos. El aspecto modular del sistema permite acomodar varias fuentes de radiación, como láseres sintonizables y fuentes monocromáticas o policromáticas no coherentes.