Cuando los famosos físicos Max Knoll y Ernst Ruska introdujeron por primera vez el microscopio electrónico de transmisión (TEM) en 1933, permitió a los investigadores mirar dentro de las células, microorganismos y partículas que alguna vez fueron demasiado pequeñas para estudiarlas.

Por décadas, Estos instrumentos de alta potencia se habían limitado a tomar instantáneas estáticas de especímenes, que solo cuentan una parte de la historia. Ahora, investigadores de la Universidad Northwestern y la Universidad de Florida están llenando los espacios en blanco para hacer esta historia más completa.

El equipo es parte de un esfuerzo para desarrollar un nuevo tipo de TEM que toma dinámica, vídeos de varios fotogramas de nanopartículas a medida que se forman, permitiendo a los investigadores ver cómo cambian los especímenes en el espacio y el tiempo. Saber cómo se forman estas partículas podría cambiar la forma en que los investigadores diseñan los futuros sistemas de administración de fármacos, pinturas revestimientos, lubricantes y otros materiales para los que tener control sobre las propiedades a nanoescala puede producir grandes efectos en los materiales a macroescala.

"Hemos demostrado que TEM no tiene por qué ser un método de microscopía utilizado únicamente para analizar lo que sucedió después del hecho, después de que termina una reacción, "dijo Nathan Gianneschi, profesor de química, ingeniería biomédica y ciencia e ingeniería de materiales en Northwestern, quien codirigió el estudio. "Pero, bastante, que se puede utilizar para visualizar reacciones mientras ocurren ".

"Antes, solo teníamos instantáneas de cómo se veían las cosas en instancias particulares del tiempo, "dijo Brent Sumerlin, el profesor de química George Bergen Butler en la Universidad de Florida, quien codirigió el estudio con Gianneschi. "Ahora, estamos empezando a ver la evolución de los materiales en tiempo real, para que podamos ver cómo ocurren las transformaciones. Es alucinante ".

La investigación se publicó hoy, 25 de abril en el diario Ciencia Central ACS . Mollie A. Touve, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Gianneschi, es el primer autor del artículo.

La nueva tecnología de Gianneschi y Sumerlin tiene tres componentes principales:autoensamblaje inducido por polimerización (PISA), un sistema robótico que ensambla los experimentos y una cámara conectada al microscopio que captura las partículas a medida que se forman y cambian.

Experto en PISA, Sumerlin ha utilizado durante mucho tiempo la técnica, que produce grandes cantidades de materiales blandos bien definidos, en su laboratorio. Él usa específicamente PISA para formar micelas autoensambladas, un tipo de nanomaterial esférico con muchas aplicaciones, desde jabones hasta administración de fármacos dirigida.

Aunque las micelas son bien conocidas por tener funciones interesantes, existen lagunas de conocimiento sobre cómo se forman realmente. Gianneschi y Sumerlin se preguntaron si podrían usar un microscopio electrónico para observar las micelas, en acción, mientras se autoensamblan con PISA.

"Debido a que estos materiales están en la escala de longitud nanométrica, obviamente necesitábamos un microscopio electrónico para observarlos, "dijo Gianneschi, miembro del Instituto Internacional de Nanotecnología de Northwestern. "Entonces, esencialmente, queríamos usar el microscopio electrónico como tubo de ensayo ".

Con alta precisión y reproducibilidad, El sistema robótico del equipo reunió todos los productos químicos necesarios para producir las partículas. Luego, El haz de electrones del microscopio desencadenó una reacción que hizo que las micelas comenzaran a formarse. Aunque el sistema de cámara de Gianneschi no capturó la transformación completa de las micelas, permitió a los investigadores ver parte de ella.

"Estoy gratamente sorprendido de que logramos esta parte, ", Dijo Gianneschi." Pero optimizar el sistema, para que podamos ver la trayectoria completa de la reacción, nos mantendrá ocupados durante los próximos años ".

Todavía, Gianneschi y Sumerlin se alegran de haber introducido un elemento importante en la microscopía electrónica:el tiempo. Gianneschi compara su logro con el proceso de cocinar.

"Imagínese cocinando la cena sin poder verla, ", dijo." Puedes seguir la receta, pero realmente no sabes cómo va. No se puede ver cómo se dora la carne en la estufa o cómo se eleva la masa. Necesitas poder observarlo directamente. Damos eso por sentado en la vida normal ".

"Con el análisis químico tradicional, a veces la salida es una línea bidimensional con algunos picos y valles, y lo usamos para tener una idea de lo que está sucediendo, ", Agregó Sumerlin." Pero ahora en realidad estamos haciendo nanoestructuras y viendo cómo se forman. Este es un gran cambio."