Los investigadores informan del desarrollo de nanoimágenes infrarrojas hiperespectrales basadas en la nanoespectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (nano-FTIR), permitiendo la obtención de imágenes espectroscópicas de alta sensibilidad de composiciones químicas con resolución espacial a nanoescala.

Un objetivo en la ciencia de los materiales, la biomedicina y la nanotecnología es el mapeo composicional no invasivo de materiales con resolución espacial a escala nanométrica. Existe una variedad de técnicas de imágenes de alta resolución (por ejemplo, microscopía electrónica o de sonda de barrido), pero no pueden satisfacer las crecientes demandas de alta, Sensibilidad química no invasiva.

El análisis químico a nanoescala se ha hecho posible recientemente con la espectroscopia nano-FTIR, una técnica óptica que combina microscopía óptica de campo cercano de barrido de tipo dispersión (s-SNOM) y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). Al iluminar la punta metalizada de un microscopio de fuerza atómica (AFM) con un láser infrarrojo de banda ancha o un sincrotrón y analizar la luz retrodispersada con un espectrómetro de transformada de Fourier especialmente diseñado, Se ha demostrado la espectroscopia de infrarrojos local con una resolución espacial de menos de 20 nm. Sin embargo, en muestras orgánicas solo se podrían lograr espectros puntuales o escaneos de líneas espectroscópicas que comprendan no más de unas pocas decenas de espectros nano-FTIR, debido a los largos tiempos de adquisición.

Ahora, investigadores del CIC nanoGUNE (San Sebastián, España), Ikerbasque (Bilbao, España), Cidetec (San Sebastián, España) y el Robert Koch-Institut (Berlín, Alemania) han desarrollado nanoimágenes infrarrojas hiperespectrales. La técnica permite registrar matrices bidimensionales de varios miles de espectros nano-FTIR, generalmente denominados cubos de datos hiperespectrales, en unas pocas horas. y con una resolución espacial y precisión mejor que 30 nm.

"La excelente calidad de los datos permite extraer información química y estructural resuelta a nanoescala con la ayuda de técnicas estadísticas (análisis de datos multivariados) que utilizan la información espectroscópica completa disponible en cada píxel, "dice Iban Amenabar, primer autor de la obra. Incluso sin ninguna información previa sobre la muestra y sus componentes, Los píxeles con espectros infrarrojos similares se pueden agrupar automáticamente con la ayuda del análisis de conglomerados jerárquico. Mediante imágenes y análisis de una mezcla de polímeros de tres componentes (Figura 1) y, Los investigadores obtuvieron mapas químicos a nanoescala que no solo revelan la distribución espacial de los componentes individuales, sino también anomalías espectrales que se explican por la interacción química local. El investigador también demostró in situ nanoimágenes infrarrojas hiperespectrales de melanina nativa en cabello humano.

Por sus experimentos, Los investigadores utilizaron el sistema nano-FTIR comercial de Neaspec GmbH que incluye un continuo láser de infrarrojo medio que cubre el rango espectral de 1000 a 1900 cm-1. El análisis multivariado de los datos hiperespectrales se realizó con la herramienta de software CytoSpec, que fue desarrollado por el coautor Peter Lasch.

"Con el rápido desarrollo de láseres de infrarrojo medio de alto rendimiento y la aplicación de estrategias avanzadas de reducción de ruido, Visualizamos nanoimágenes infrarrojas hiperespectrales de alta calidad en pocos minutos, "concluye Rainer Hillenbrand, quien dirigió el trabajo. "Vemos un gran potencial de aplicación en varios campos de la ciencia y la tecnología, incluido el mapeo químico de compuestos poliméricos, productos farmaceuticos, materiales nanocompuestos orgánicos e inorgánicos o imágenes de tejidos biomédicos, " él añade.