Nanomaterjalide vaatamine 4-D-sse

Ivar Kruusenberg: Kasulike nanomaterjalide tootmine tööstuslikest jäätmetest (Juuli 2019).

Anonim

Kui kuulsad füüsikud Max Knoll ja Ernst Ruska tutvustasid esmakordselt 1933. aastal transmissiooni elektronmikroskoopi (TEM), siis see võimaldas teadlastel peegeldada rakkudes, mikroorganismides ja osakestena, mis olid kunagi uuringuteks liiga väikesed.

Aastakümneid olid need suure võimsusega instrumendid piiratud proovide staatiliste piltidega, mis osutavad ainult osa lugu. Nüüd loodavad Loodeülikooli ja Florida ülikooli teadlased täidavad toorikud selle loo lõpuleviimiseks.

Meeskond on osa jõupingutusest, et töötada välja uus TEM-i tüüp, mis võtab dünaamilisi, mitme raamiga nanoosakeste fotosid, kuna need moodustavad, võimaldades teadlastel vaadata, kuidas isendid ruumis ja ajas muutuvad. Teades, kuidas need osakesed võivad muuta, kuidas teadlased kujundavad tulevasi ravimite väljastamise süsteeme, värve, katteid, määrdeaineid ja muid materjale, mille puhul nanoskaala omaduste kontrollimine võib põhjustada suurt mõju makrokaaludele.

"Me oleme näidanud, et TEM ei pea olema mikroskoopiline meetod, mida kasutatakse ainult selleks, et analüüsida, mis juhtus pärast seda, kui reaktsioon lõpeb, " ütles Nathan Gianneschi, loodusteaduste keemia, biomeditsiini inseneri ja materjaliteaduse ja inseneri professor Nathan Gianneschi, kes - õppisin. "Aga pigem, et seda saab kasutada reaktsioonide visualiseerimiseks, kui need esinevad."

"Enne oli meil lihtsalt pilte hetkeseisunditest, " ütles Brend Sumerlin, Florida Ülikooli keemia professor George Bergen Butler, kes juhtis koos Gianneschi uuringuga koostööd. "Nüüd hakkame vaatama materjalide arengut reaalajas, et saaksime näha, kuidas muutused toimuvad. See on meeleheide."

Uuring avaldati täna, 25. aprillil ajakirjas ACS Central Science. Mollie A. Touve, Gianneschi labori kraadiõppur, on paberi esimene autor.

Gianneschi ja Sumerlini uudse tehnoloogia puhul on kolm peamist komponenti: polümerisatsiooni poolt indutseeritud iseseisev kokkupanek (PISA), robotsüsteem, mis koondab eksperimente ja mikroskoobi külge kinnitatud kaamera, mis lööb osakesed välja ja muutuvad.

PISA ekspert, Sumerlin on oma laboris juba pikka aega kasutanud tehnikat, mis toodab suures koguses selgelt määratletud pehmeid materjale. Ta kasutab spetsiaalselt PISA-d, et moodustada iseseisev mitsell, mis on paljudes valdkondades kasutatav sfääriline nanomaterjal - alates seebist kuni sihipärase ravimi kohaletoimetamiseni.

Kuigi mitsellid on tuntud huvitavate funktsioonide tõttu, on teadmiste puudujääke selle kohta, kuidas need tegelikult moodustavad. Gianneschi ja Sumerlin mõtlesid, kas nad võiksid kasutada micelles-in-action elektronmikroskoopi, kui need ise koos PISA-ga.

"Kuna need materjalid on nanomeetri pikkuse skaalal, siis ilmselt vajame nende jälgimiseks elektronmikroskoopi, " ütles Gianneschi, Northwesterni Rahvusvahelise Nanotehnoloogia Instituudi liige. "Seega me tahtis sisuliselt elektronmikroskoobi katseklaasi kasutada."

Suure täpsusega ja reprodutseeritavusega koostas meeskonna robotsüsteem kõik osakeste saamiseks vajalikud kemikaalid. Seejärel käivitas mikroskoobi elektronpulber reaktsioon, mis põhjustas mitsellide moodustumise. Kuigi Gianneschi kaamerasüsteem ei sisaldanud mitsellide kogu ümberkujundamist, võimaldas see teadlastel osa sellest näha.

"Mul on meeldiv üllatus, et me tõmbasime selle osa välja, " ütles Gianneschi. "Kuid süsteemi optimeerimine, nii et näeme reaktsiooni kogu trajektoori, hoiab meid järgmise paari aasta jooksul hõivatud."

Kuid Gianneschi ja Sumerlin on rahul, et nad on võtnud kasutusele elektronmikroskoopia olulise elemendi: aeg. Gianneschi võrdleb nende saavutamist toiduvalmistamise protsessiga.

"Kujutage ette toiduvalmistamise õhtusööki, ilma et oleksite seda võimalik vaadata, " ütles ta. "Sa võid järgida retsepti, aga sa ei tea, kuidas see läheb. Sa ei näe ahju või taina tõusust pruunist liha. Sa pead jälgima seda otse. Me võtame seda normaalseks elu. "

"Traditsioonilise keemilise analüüsi puhul on mõnikord väljundiks mõni piikide ja orudega kahemõõtmeline joon, ja me kasutame seda, et saada ettekujutus sellest, mis toimub, " lisas Sumerlin. "Aga nüüd tegime nanostruktuure ja vaatame neid vormis. See on suur muutus."

menu
menu