En forskargrupp från Northwestern University är den första att fånga på video organiska nanopartiklar som kolliderar och smälter samman. Denna oöverträffade syn på "kemi i rörelse" kommer att hjälpa nordvästra nanoforskare att utveckla nya metoder för läkemedelstillförsel samt demonstrera för forskare runt om i världen hur en framväxande avbildningsteknik öppnar ett nytt fönster mot en mycket liten värld.
Detta är ett sällsynt exempel på partiklar i rörelse. Dynamiken påminner om två bubblor som går samman och smälter samman till en:först går de samman och har ett membran mellan sig, men sedan smälter de ihop och blir en större bubbla.
"Jag hade en bild i mitt sinne, men första gången jag såg dessa smältande nanopartiklar i svart och vitt var fantastisk, " sa professor Nathan C. Gianneschi, som ledde den tvärvetenskapliga studien och arbetar i skärningspunkten mellan nanoteknik och biomedicin.
"Till mig, det är bokstavligen ett fönster som öppnar sig mot den här världen som du alltid har vetat fanns där, men nu har du äntligen fått en bild av det. Jag liknar det för första gången jag såg Jupiters månar genom ett teleskop. Inget kan jämföras med att faktiskt se, " han sa.
Gianneschi är professorn för Jacob och Rosaline Cohn vid avdelningen för kemi vid Weinberg College of Arts and Sciences och vid avdelningarna för materialvetenskap och ingenjörskonst och för biomedicinsk teknik vid McCormick School of Engineering.
Studien, som inkluderar videor av olika nanopartikelfusionshändelser, kommer att publiceras 17 november av Journal of the American Chemical Society .
Forskargruppen använde vätskecellstransmissionselektronmikroskopi för att direkt avbilda hur polymerbaserade nanopartiklar, eller miceller, att Gianneschis labb utvecklas för att behandla cancer och hjärtattacker förändras över tid. Den kraftfulla nya tekniken gjorde det möjligt för forskarna att direkt observera partiklarnas omvandling och karakterisera deras dynamik.
"Vi kan se på molekylär nivå hur det polymera materialet ordnar om när partiklarna smälter samman till ett objekt, " sa Lucas R. Förälder, första författare till artikeln och en postdoktor vid National Institutes of Health i Gianneschis forskargrupp. "Detta är den första studien av många som kommer där forskare kommer att använda denna metod för att titta på alla slags dynamiska fenomen i organiska materialsystem på nanoskala."
I Northwestern-studien, organiska partiklar i vatten studsar av varandra, och några kolliderar och smälter samman, genomgår en fysisk förvandling. Forskarna fångar handlingen genom att lysa en elektronstråle genom provet. De små partiklarna - de största är bara cirka 200 nanometer i diameter - kastar skuggor som fångas direkt av en kamera nedan.
"Vi har observerat klassiskt fusionsbeteende på nanoskala, sa Gianneschi, en medlem av Northwesterns International Institute for Nanotechnology. "Att fånga de grundläggande tillväxt- och evolutionsprocesserna för dessa partiklar i rörelse kommer att hjälpa oss oerhört mycket i vårt arbete med syntetiska material och deras interaktioner med biologiska system."
Uppsatsen har titeln "Directly Observing Micelle Fusion and Growth in Solution by Liquid-Cell Transmission Electron Microscopy."
