Molecole reattive, come i radicali liberi, può essere prodotto nel corpo dopo l'esposizione a determinati ambienti o sostanze e continuare a causare danni alle cellule. Gli antiossidanti possono ridurre al minimo questo danno interagendo con i radicali prima che colpiscano le cellule.

Guidato da Enrique Gomez, professore di ingegneria chimica e scienza e ingegneria dei materiali, I ricercatori della Penn State hanno applicato questo concetto per prevenire danni di imaging ai polimeri conduttori che comprendono dispositivi elettronici morbidi, come le celle solari organiche, transistor organici, dispositivi bioelettronici ed elettronica flessibile. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati in Comunicazioni sulla natura oggi (8 gennaio).

Secondo Gomez, visualizzare le strutture dei polimeri conduttori è fondamentale per sviluppare ulteriormente questi materiali e consentire la commercializzazione di dispositivi elettronici morbidi, ma l'imaging effettivo può causare danni che limitano ciò che i ricercatori possono vedere e comprendere.

"Si scopre antiossidanti, come quelli che troverai nei frutti di bosco, non sono solo buoni per te, ma sono anche buoni per la microscopia polimerica, " ha detto Gomez.

I polimeri possono essere visualizzati solo fino a un certo punto con la microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione (HRTEM) perché il bombardamento di elettroni utilizzati per formare le immagini rompe il campione.

I ricercatori hanno esaminato questo danno con l'obiettivo di identificarne la causa fondamentale. Hanno scoperto che il fascio di elettroni HRTEM ha generato radicali liberi che hanno degradato la struttura molecolare del campione. Introducendo idrossitoluene butilato, un antiossidante spesso usato come additivo alimentare, al campione di polimero ha impedito questo danno e rimosso un'altra restrizione sulle condizioni di imaging:la temperatura.

"Fino ad ora, la strategia principale per ridurre al minimo il danno ai polimeri è stata l'imaging a temperature molto basse, " ha detto la coautrice dell'articolo Brooke Kuei, che ha conseguito il dottorato in scienza e ingegneria dei materiali al Penn State College of Earth and Mineral Sciences ad agosto. "Il nostro lavoro dimostra che il danno del raggio può essere ridotto al minimo con l'aggiunta di antiossidanti a temperatura ambiente".

Sebbene i ricercatori non abbiano testato quantitativamente i limiti di risoluzione risultanti da questo metodo, sono stati in grado di visualizzare il polimero con una risoluzione di 3,6 angstrom, un miglioramento rispetto alla loro precedente risoluzione di 16 angstrom. Per confronto, un angstrom è circa un milionesimo della larghezza di un capello umano.

I polimeri sono costituiti da catene molecolari sovrapposte. La distanza di 16 angstrom precedentemente rappresentata era la distanza tra le catene, ma l'imaging a 3,6 angstrom ha permesso ai ricercatori di visualizzare schemi di contatti stretti lungo le catene. Per il polimero elettricamente conduttivo esaminato in questo studio, i ricercatori potrebbero seguire la direzione lungo la quale viaggiano gli elettroni. Secondo Gomez, questo consente loro di comprendere meglio le strutture conduttive nei polimeri.

"La chiave di questo progresso nella microscopia polimerica è stata la comprensione dei fondamenti di come si verifica il danno in questi polimeri, " Gomez ha detto. "Si spera che questo progresso tecnologico aiuti a portare alla prossima generazione di polimeri organici".