Los químicos de UC San Diego han desarrollado una nueva herramienta que permite a los científicos ver por primera vez, en la escala de cinco mil millonésimas de metro, Procesos de mezcla "a nanoescala" que ocurren en líquidos.

"Ser capaz de observar gradientes y reacciones químicas a nanoescala a medida que tienen lugar es una herramienta fundamental en biología, la química y toda la ciencia de los materiales, "dijo Nathan Gianneschi, un profesor de química y bioquímica que encabezó el equipo que detalló el desarrollo en un artículo en la edición de esta semana de la revista Microscopía y microanálisis . "Con esta nueva herramienta, podremos observar la cinética y la dinámica de las interacciones químicas que nunca antes habíamos podido ver ".

Los científicos han confiado durante mucho tiempo en la microscopía electrónica de transmisión, o TEM, para ver estructuras a nanoescala. Pero esa técnica solo puede tomar imágenes estáticas y los sujetos deben secarse, o congelado y montado dentro de una cámara de vacío para ser visto. Como resultado, los investigadores no han podido ver los procesos vivos o las reacciones químicas a nanoescala, como el crecimiento y la contracción dentro de las células vivas de pequeñas fibras o protuberancias a nanoescala, esencial en el movimiento y la división celular, o los cambios provocados por una reacción química en un líquido.

"Como químicos, Solo pudimos analizar realmente los productos finales o los cambios en la solución a granel, o imagen a baja resolución porque nunca pudimos ver eventos que ocurren directamente a nanoescala, "dijo Gianneschi.

Desarrollos recientes en Liquid Cell TEM, o LCTEM, han permitido a los científicos finalmente tomar videos de objetos a nanoescala en líquidos. Pero esa técnica se ha visto limitada por la incapacidad de controlar la mezcla de soluciones, un requisito al intentar ver y analizar el impacto de un fármaco en una célula viva o la reacción de dos sustancias químicas.

Joseph Patterson, investigador postdoctoral en el laboratorio Gianneschi, trabajando con investigadores de SCIENION AG en Alemania y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, ha dado un gran paso para resolver ese problema al desarrollar una técnica y una herramienta que permite a los científicos depositar pequeñas cantidades de líquido, aproximadamente 50 billonésimas de litro, dentro del área de visualización del microscopio LCTEM.

"Con esta técnica, podemos ver varios componentes mezclados a nanoescala dentro de líquidos, asi que, por ejemplo, uno podría mirar los materiales biológicos y tal vez ver cómo responden a una droga, ", dijo Gianneschi." Eso nunca fue posible antes ".

"Los beneficios de la investigación básica son enormes, ", agregó." Ahora podremos ver directamente el crecimiento a nanoescala de todo tipo de cosas, como fibras naturales o microtúbulos. Hay mucho interés por parte de los investigadores en comprender cómo las superficies de las nanopartículas afectan las reacciones químicas o cómo se desarrollan los defectos a nanoescala en las superficies de los materiales. Finalmente podemos mirar las interfaces en nanoestructuras para que podamos optimizar el desarrollo de nuevos tipos de catalizadores, pinturas y suspensiones ".

Si bien los científicos aún no han utilizado su herramienta para ver las reacciones químicas en solución, han demostrado que la técnica funciona para proporcionar una mezcla utilizando combinaciones de nanopartículas de oro y otros cristales a nanoescala suspendidos en un líquido.

"Lo que hemos demostrado es la prueba de concepto, ", dijo Gianneschi." Pero eso es lo que haremos a continuación ".

Aunque esta nueva herramienta no permitirá a los científicos ver las moléculas en solución, Gianneschi dijo que deberían poder ver el impacto de las reacciones químicas que están ocurriendo en materiales de más de cinco nanómetros, o cinco mil millonésimas de metro.

"No observaremos la colisión de moléculas, pero podremos observar partículas individuales y colecciones de ellas, en la escala de longitud nanométrica, ", agregó." La observación de este tipo de procesos ha sido uno de los desafíos clave en el campo de la nanociencia ".