Ett mikroskop som utvecklas vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory kommer att tillåta forskare som studerar biologiska och syntetiska material att samtidigt observera kemiska och fysikaliska egenskaper på och under ytan.

Hybrid Photonic Mode-Synthesizing Atomic Force Microscope är unikt, enligt huvudutredaren Ali Passian från ORNL:s kvantinformationssystemgrupp. Som en hybrid, instrumentet, beskrivs i en tidning publicerad i Naturens nanoteknik , kombinerar disciplinerna nanospektroskopi och nanomekanisk mikroskopi.

"Vårt mikroskop erbjuder en icke-invasiv snabb metod för att utforska material samtidigt för deras kemiska och fysikaliska egenskaper, " sade Passian. "Det tillåter forskare att studera ytan och underytan av syntetiska och biologiska prover, vilket är en förmåga som hittills inte funnits."

ORNL:s instrument behåller alla fördelarna med ett atomkraftmikroskop samtidigt som det erbjuder potentialen för upptäckter genom dess höga upplösning och underjordiska spektroskopiska kapacitet.

"Originaliteten hos instrumentet och tekniken ligger i dess förmåga att ge information om ett material kemiska sammansättning i det breda infraröda spektrumet av den kemiska sammansättningen samtidigt som den visar morfologin av ett material inre och yttre med nanoskala - en miljarddels meter - upplösning, sa Passian.

Forskare kommer att kunna studera prover som sträcker sig från konstruerade nanopartiklar och nanostrukturer till naturligt förekommande biologiska polymerer, vävnader och växtceller.

Den första applikationen som en del av DOE:s BioEnergy Science Center var i undersökningen av växtcellväggar under flera behandlingar för att ge submikronkarakterisering. Växtens cellvägg är en skiktad nanostruktur av biopolymerer som cellulosa. Forskare vill omvandla sådana biopolymerer för att frigöra användbara sockerarter och frigöra energi.

Ett tidigare instrument, också uppfunnit på ORNL, tillhandahållit avbildning av poppelcellväggstrukturer som gav oöverträffad topologisk information, främja grundforskning inom hållbara biobränslen.

På grund av detta nya instruments imponerande kapacitet, forskargruppen tänker sig breda tillämpningar.

"Det finns ett akut behov av nya plattformar som kan ta itu med utmaningarna med underjordisk och kemisk karakterisering på nanometerskala, ", sa medförfattaren Rubye Farahi. "Hybridmetoder som vår samlar flera funktioner, I detta fall, spektroskopi och högupplöst mikroskopi."

Tittar inuti, hybridmikroskopet består av en fotonisk modul som är inbyggd i ett modsyntetiserande atomkraftmikroskop. Den modulära aspekten av systemet gör det möjligt att ta emot olika strålningskällor såsom avstämbara lasrar och icke-koherenta monokromatiska eller polykromatiska källor.