«Возможность наблюдать за химическими градиентами и реакциями в наномасштабе по мере их протекания является фундаментальным инструментом в биологии, химии и материаловедении», – сказал Натан Джаннески, профессор химии и биохимии, возглавлявший команду, подробно описывающую разработку. в статье в выпуске журнала Microscopy and Microanalysis за эту неделю. "С помощью этого нового инструмента мы сможем посмотреть на кинетику и динамику химических взаимодействий, которые мы никогда раньше не видели."
Ученые долгое время полагались на просвечивающую электронную микроскопию, или ПЭМ, чтобы увидеть структуры в наномасштабе. Но этот метод позволяет получать только статические изображения, а объекты должны быть высушены или заморожены и помещены в вакуумную камеру, чтобы их можно было увидеть.
В результате исследователи не смогли наблюдать живые процессы или химические реакции в наномасштабе, такие как рост и сокращение внутри живых клеток крошечных волокон или наноразмерных выступов, необходимых для движения и деления клеток, или изменения, вызванные химической реакцией. в жидкости.
«Как химики, мы могли реально анализировать только конечные продукты или изменения в объеме раствора или изображения с низким разрешением, потому что мы никогда не могли видеть события, непосредственно происходящие в наномасштабе», – сказал Джаннески.
Последние разработки Liquid Cell TEM, или LCTEM, позволили ученым наконец снимать видео наноразмерных объектов в жидкостях. Но этот метод был ограничен невозможностью контролировать смешивание растворов, что требовалось при попытке просмотреть и проанализировать влияние лекарства на живую клетку или реакцию двух химических веществ.
Джозеф Паттерсон, научный сотрудник лаборатории Джаннески, работающий с исследователями из SCIENION AG в Германии и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, сделал большой шаг к решению этой проблемы, разработав методику, а также инструмент, который позволяет ученым вносить крошечные количества жидкость – около 50 триллионных долей литра – в зоне обзора микроскопа LCTEM.
«С помощью этой техники мы можем наблюдать несколько компонентов, смешанных вместе в наномасштабе внутри жидкостей, поэтому, например, можно посмотреть на биологические материалы и, возможно, увидеть, как они реагируют на лекарство», – сказал Джаннески. "Это было невозможно раньше."
«Преимущества фундаментальных исследований огромны», – добавил он. "Теперь мы сможем напрямую наблюдать рост в наномасштабе всех видов вещей, таких как натуральные волокна или микротрубочки.
Исследователи проявляют большой интерес к пониманию того, как поверхность наночастиц влияет на химические реакции или как возникают наноразмерные дефекты на поверхности материалов. Наконец-то мы можем взглянуть на интерфейсы наноструктур, чтобы оптимизировать разработку новых видов катализаторов, красок и суспензий."
Хотя ученые еще не использовали свой инструмент для наблюдения за химическими реакциями в растворе, они продемонстрировали, что этот метод работает для обеспечения смешивания с использованием комбинаций наночастиц золота и других наноразмерных кристаллов, взвешенных в жидкости.
«То, что мы продемонстрировали, является подтверждением концепции», – сказал Джаннески. "Но это то, что мы будем делать дальше."
Хотя этот новый инструмент не позволит ученым на самом деле наблюдать молекулы в растворе, Джаннески сказал, что они должны иметь возможность видеть влияние химических реакций, происходящих на материалах, размер которых превышает пять нанометров или пять миллиардных долей метра.
«Мы не будем наблюдать столкновение молекул, но мы сможем наблюдать отдельные частицы и их скопления в нанометровом масштабе», – добавил он. «Наблюдение за такими процессами было одной из ключевых задач в области нанонауки."