В течение многих десятилетий эти мощные инструменты были ограничены взятием статических снимков экземпляров, которые только говорят часть истории. Теперь исследователи из Северо-Западного университета и Флоридского университета восполняют пробелы, чтобы сделать эту историю более полной.Команда – часть усилия развивать новый тип TEM, который берет динамичный, видео мультиструктуры наночастиц, как они формируются, позволяя исследователям рассмотреть, как экземпляры изменяются в пространстве и времени.
Знание, как эти частицы форма могли измениться, как исследователи проектируют будущие системы доставки лекарственных средств, краски, покрытия, смазки и другие материалы, для которых управление наноразмерными свойствами может привести к большим эффектам на материалы макромасштаба.«Мы продемонстрировали, что TEM не должен быть методом микроскопии, только раньше анализировал то, что произошло после факта – после того, как заканчивается реакция», сказал Натан Джиэннеши, преподаватель химии, биоинженерии и материаловедения и разработки в Северо-западном, кто co-led исследование. «Но, скорее что это может использоваться, чтобы визуализировать реакции, в то время как они происходят».
«Прежде, у нас просто были снимки того, какие вещи были похожи в особенности на случаи времени», сказал Брент Сумерлин, профессор Джорджа Бергена Батлера Химии во Флоридском университете, кто co-led исследование с Gianneschi. «Теперь, мы начинаем видеть эволюцию материалов в режиме реального времени, таким образом, мы видим, как происходят преобразования. Это сногсшибательно».Исследование было издано сегодня, 25 апреля, в журнале ACS Central Science.
Молли А. Тув, аспирант в лаборатории Джиэннеши, является первым автором газеты.У новой технологии Джиэннеши и Сумерлина есть три главных компонента: вызванная полимеризацией самосборка (PISA), автоматизированная система, которая собирает эксперименты и камеру, приложенную к микроскопу, который захватывает частицы, как они формируются и изменяются.Эксперт в ПИЗЕ, Сумерлин долго использовал технику, которая делает большие количества четко определенных мягких материалов в его лаборатории.
Он определенно использует ПИЗУ, чтобы сформировать самособирающиеся мицеллы, тип сферического наноматериала со многими заявлениями – от мыл до целенаправленной доставки лекарственных средств.Хотя мицеллы известны за то, что имели интересные функции, есть промежутки знаний в том, как они на самом деле формируются. Gianneschi и Sumerlin задались вопросом, могли ли бы они использовать электронный микроскоп, чтобы наблюдать мицеллы – в действии – поскольку они самособираются с ПИЗОЙ.«Поскольку эти материалы находятся на шкале расстояний миллимикрона, нам, очевидно, был нужен электронный микроскоп, чтобы наблюдать их», сказал Джиэннеши, член Международного Института Нортвестерна Нанотехнологий. «Так, По существу, мы хотели использовать электронный микроскоп в качестве пробирки».
С высокой точностью и воспроизводимостью, собралась автоматизированная система команды, все химикаты должны были сделать частицы. Затем электронный луч микроскопа вызвал реакцию, которая заставила мицеллы начинать формироваться.
Хотя система камеры Джиэннеши не захватила все преобразование мицелл, она действительно позволяла исследователям видеть часть его.«Я приятно удивлен, что мы осуществили эту часть», сказал Джиэннеши. «Но оптимизируя систему – таким образом, мы видим, вся траектория реакции – заставит нас напряженно трудиться в течение следующих нескольких лет».Однако, Gianneschi и Sumerlin рады, что они ввели важный элемент электронной микроскопии: время. Gianneschi уподобляет их успех процессу кулинарии.
«Предположите готовить ужин не имея возможности, чтобы наблюдать его», сказал он. «Вы можете следовать рецепту, но Вы не делаете действительно, как он идет. Вы не можете наблюдать мясо, коричневое на печи или подъеме теста. Вам необходимо наблюдать его непосредственно. Мы считаем это само собой разумеющимся в нормальной жизни».
«С традиционным химическим анализом иногда продукция – двумерная линия с несколькими пиками и долинами, и мы используем это, чтобы получить идею того, что происходит», добавил Сумерлин. «Но теперь мы на самом деле делаем наноструктуры и наблюдаем, что они формируются. Это – большое изменение».