Reaktiva molekyler, såsom fria radikaler, kan produceras i kroppen efter exponering för vissa miljöer eller ämnen och fortsätta att orsaka cellskador. Antioxidanter kan minimera denna skada genom att interagera med radikalerna innan de påverkar cellerna.

Under ledning av Enrique Gomez, professor i kemiteknik och materialvetenskap och teknik, Penn State -forskare har tillämpat detta koncept för att förhindra bildskador på ledande polymerer som består av mjuka elektroniska enheter, såsom organiska solceller, organiska transistorer, bioelektroniska enheter och flexibel elektronik. Forskarna publicerade sina resultat i Naturkommunikation idag (8 januari).

Enligt Gomez, visualisering av strukturerna hos ledande polymerer är avgörande för att vidareutveckla dessa material och möjliggöra kommersialisering av mjuka elektroniska enheter – men själva avbildningen kan orsaka skada som begränsar vad forskare kan se och förstå.

"Det visar sig antioxidanter, som de du hittar i bär, är inte bara bra för dig utan är också bra för polymermikroskopi, " sa Gomez.

Polymerer kan endast avbildas till en viss punkt med högupplöst transmissionselektronmikroskopi (HRTEM) eftersom bombardemanget av elektroner som används för att bilda bilder bryter sönder provet.

Forskarna undersökte denna skada med målet att identifiera dess grundläggande orsak. De fann att HRTEM-elektronstrålen genererade fria radikaler som försämrade provets molekylära struktur. Vi introducerar butylerad hydroxitoluen, en antioxidant som ofta används som livsmedelstillsats, till polymerprovet förhindrade denna skada och tog bort en annan restriktion för avbildningsförhållanden - temperatur.

"Tills nu, huvudstrategin för att minimera polymerskada har varit avbildning vid mycket låga temperaturer, " sa tidningsmedförfattaren Brooke Kuei, som tog sin doktorsexamen i materialvetenskap och ingenjörskonst vid Penn State College of Earth and Mineral Sciences i augusti. "Vårt arbete visar att strålskadorna kan minimeras med tillsats av antioxidanter vid rumstemperatur."

Även om forskarna inte kvantitativt testade upplösningsgränserna som blev resultatet av denna metod, de kunde avbilda polymeren med en upplösning på 3,6 ångström, en förbättring från deras tidigare upplösning på 16 Ångström. För jämförelse, en ångström är ungefär en miljondel av bredden av ett människohår.

Polymerer är uppbyggda av molekylkedjor som ligger ovanpå varandra. Det tidigare avbildade avståndet på 16 Ångström var avståndet mellan kedjorna, men avbildning med 3,6 ångström tillät forskare att visualisera mönster av nära kontakter längs kedjorna. För den elektriskt ledande polymeren som undersöktes i denna studie, forskare kunde följa riktningen längs vilken elektroner färdas. Enligt Gomez, detta gör det möjligt för dem att bättre förstå de ledande strukturerna i polymerer.

"Nyckeln till detta framsteg inom polymermikroskopi var att förstå grunderna för hur skadan uppstår i dessa polymerer, " sade Gomez. "Detta tekniska framsteg kommer förhoppningsvis att leda till nästa generation av organiska polymerer."