Med den nya tekniken, forskare såg miceller bildas i realtid. Även om miceller är kända för att ha intressanta funktioner, det finns kunskapsluckor i hur de faktiskt bildas. Upphovsman:Gianneschi Group, Northwestern University
När de berömda fysikerna Max Knoll och Ernst Ruska först introducerade transmissionselektronmikroskopet (TEM) 1933, det gjorde det möjligt för forskare att titta inuti celler, mikroorganismer och partiklar som en gång var för små för att studera.
I årtionden, dessa kraftfulla instrument hade begränsats till att ta statiska ögonblicksbilder av exemplar, som bara berättar en del av historien. Nu fyller forskare från Northwestern University och University of Florida i ämnena för att göra den här historien mer komplett.
Teamet är en del av ett försök att utveckla en ny typ av TEM som kräver dynamisk, videor med flera bildrutor av nanopartiklar när de bildas, låta forskare se hur exemplar förändras i rum och tid. Att veta hur dessa partiklar bildas kan förändra hur forskare utformar framtida läkemedelsleveranssystem, målar, beläggningar, smörjmedel och andra material för vilka kontroll över nanoskalaegenskaper kan leda till stora effekter på makroskala material.
"Vi har visat att TEM inte behöver vara en mikroskopimetod som enbart används för att analysera vad som hände efter det faktum - efter att en reaktion avslutats, "sa Nathan Gianneschi, professor i kemi, biomedicinsk teknik och materialvetenskap och teknik vid Northwestern, som ledde studien. "Men, snarare, att den kan användas för att visualisera reaktioner medan de förekommer. "
"Innan, vi hade bara ögonblicksbilder av hur saker och ting såg ut i vissa fall, "sa Brent Sumerlin, George Bergen Butler -professor i kemi vid University of Florida, som ledde studien tillsammans med Gianneschi. "Nu, vi börjar se utvecklingen av material i realtid, så vi kan se hur transformationer sker. Det är helt sjukt. "
Forskningen publicerades idag, 25 april, i tidningen ACS Central Science . Mollie A. Touve, en doktorand i Gianneschis laboratorium, är tidningens första författare.
Gianneschi och Sumerlins nya teknik har tre huvudkomponenter:polymerisationsinducerad självmontering (PISA), ett robotsystem som samlar experimenten och en kamera fäst vid mikroskopet som fångar partiklarna när de bildas och förändras.
Den nya tekniken utnyttjar ett robotsystem, designad av Gianneschis grupp, som samlar kemikalier som behövs för experimentet med hög precision och reproducerbarhet. Upphovsman:Gianneschi Group, Northwestern University
En expert på PISA, Sumerlin har länge använt tekniken, som tillverkar stora mängder väldefinierade mjuka material, i sitt laboratorium. Han använder specifikt PISA för att bilda självmonterande miceller, en typ av sfäriskt nanomaterial med många tillämpningar - från tvål till riktad läkemedelsleverans.
Även om miceller är kända för att ha intressanta funktioner, det finns kunskapsluckor i hur de faktiskt bildas. Gianneschi och Sumerlin undrade om de kunde använda ett elektronmikroskop för att se miceller-i aktion-när de monterar sig själv med PISA.
"Eftersom dessa material är på nanometerlängdsskalan, vi behövde uppenbarligen ett elektronmikroskop för att observera dem, "sa Gianneschi, medlem i Northwestern International Institute of Nanotechnology. "Så, väsentligen, vi ville använda elektronmikroskopet som ett provrör. "
Med hög precision och reproducerbarhet, teamets robotsystem samlade alla kemikalier som behövs för att tillverka partiklarna. Sedan, Mikroskopets elektronstråle utlöste en reaktion som fick micellerna att börja bildas. Även om Gianneschis kamerasystem inte fångade micellernas hela transformation, det gjorde det möjligt för forskarna att se en del av det.
"Jag är positivt överraskad att vi tog bort den här delen, "Gianneschi sa." Men att optimera systemet - så att vi kan se hela reaktionens bana - kommer att hålla oss sysselsatta de närmaste åren. "
Fortfarande, Gianneschi och Sumerlin är glada över att de har infört ett viktigt element i elektronmikroskopi:tid. Gianneschi liknar deras prestation med matlagningsprocessen.
"Tänk dig att laga middag utan att kunna se den, "sa han." Du kan följa receptet, men du vet inte riktigt hur det går. Du kan inte se köttet brunt på spisen eller degen jäsa. Du måste kunna observera det direkt. Vi tar det för givet i vanliga liv. "
"Med traditionell kemisk analys, ibland är utgången en tvådimensionell linje med några toppar och dalar, och vi använder det för att få en uppfattning om vad som händer, "Tillade Sumerlin." Men nu gör vi faktiskt nanostrukturer och ser dem bildas. Det här är en stor förändring. "
