Un team di ricerca guidato da uno scienziato dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha dimostrato per la prima volta che i campi magnetici delle cellule batteriche e dei nano-oggetti magnetici in liquidi possono essere studiati ad alta risoluzione utilizzando la microscopia elettronica. Questa capacità di dimostrazione del principio consente l'osservazione di prima mano dei fenomeni dell'ambiente liquido, e ha il potenziale per aumentare notevolmente le conoscenze in una serie di campi scientifici, comprese molte aree della fisica, nanotecnologia, conversione di biocarburanti, Ingegneria Biomedica, catalisi, batterie e farmacologia.

"E' come essere in grado di viaggiare in un Jurassic Park e vedere i dinosauri camminare in giro, invece di cercare di indovinare come camminavano esaminando uno scheletro fossilizzato, " disse Tanya Prozorov, uno scienziato associato nella divisione di scienze e ingegneria dei materiali del laboratorio di Ames.

Prozorov lavora con nanomateriali magnetici biologici e bioispirati, e ha affrontato quella che inizialmente sembrava essere una sfida insormontabile nell'osservarli nel loro ambiente liquido nativo. Studia un sistema modello, batteri magnetotattici, che formano perfetti nanocristalli di magnetite. Per imparare meglio come fanno i batteri, aveva bisogno di un'alternativa al tipico processo di microscopia elettronica di manipolazione di campioni solidi nel vuoto, dove la materia soffice è studiata in preparati, essiccato, o forma vetrificata.

Per questo lavoro, Prozorov ha ricevuto il riconoscimento DOE attraverso una sovvenzione del programma di ricerca sulla carriera iniziale dell'Office of Science per utilizzare tecniche di microscopia elettronica all'avanguardia con un inserto di cellule liquide per apprendere come si formano e crescono i singoli nanocristalli magnetici con l'aiuto di molecole biologiche, che è fondamentale per realizzare nanomateriali magnetici artificiali con proprietà utili.

Per studiare il magnetismo nei batteri, ha applicato l'olografia elettronica fuori asse, una tecnica specializzata che viene utilizzata per la caratterizzazione di nanostrutture magnetiche nel microscopio elettronico a trasmissione, in combinazione con la cella liquida.

"Quando osserviamo i campioni preparati in modo convenzionale, dobbiamo fare molte ipotesi sulle loro proprietà in base al loro stato finale, ma con la nuova tecnica, ora possiamo osservare questi processi in prima persona, " ha detto Prozorov. "Può aiutarci a capire le dinamiche di aggregazione delle macromolecole, autoassemblaggio di nanoparticelle, e gli effetti dei campi elettrici e magnetici su quel processo."

"Questo metodo ci permette di ottenere grandi quantità di nuove informazioni, " disse Prozorov. "È un primo passo, dimostrando che la mappatura dei campi magnetici in liquido su scala nanometrica con microscopia elettronica potrebbe essere effettuata; Sono ansioso di vedere le scoperte che potrebbe favorire in altre aree della scienza".

La ricerca è dettagliata nel documento, "Olografia elettronica fuori asse di cellule batteriche e nanoparticelle magnetiche in liquido, " di T. Prozorov, T.P. Almeida, A. Kovacs, e R.E. Dunin-Borkowski:e pubblicato nel Journal of the Royal Society Interface .