(PhysOrg.com) -- Un team di scienziati guidato da un chimico della Penn State University ha dimostrato i punti di forza e di debolezza di un metodo alternativo di profilatura molecolare della profondità, una tecnica utilizzata per analizzare la superficie di materiali ultrasottili come i tessuti umani , nanoparticelle, e altre sostanze. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno utilizzato simulazioni e modelli al computer per mostrare l'efficacia e i limiti del metodo alternativo, che viene utilizzato da un gruppo di ricerca a Taiwan. I nuovi risultati della simulazione al computer possono aiutare i futuri ricercatori a scegliere quando utilizzare il nuovo metodo di analisi di come e dove particolari molecole sono distribuite negli strati superficiali dei materiali ultrasottili. La ricerca sarà pubblicata su Giornale di lettere di chimica fisica.

La caposquadra Barbara Garrison, lo Shapiro Professor of Chemistry e il capo del Dipartimento di Chimica della Penn State University, ha spiegato che bombardare un materiale con buckyballs - molecole cave composte da 60 atomi di carbonio che si formano in una forma sferica che ricorda un pallone da calcio - è un mezzo efficace per il profilo molecolare della profondità. Il nome, "ballerino, " è un omaggio a un ingegnere americano del primo Novecento, Buckminster Fuller, il cui design di una cupola geodetica ricorda molto da vicino la molecola di 60 atomi di carbonio a forma di pallone da calcio. "I ricercatori hanno scoperto alcuni anni fa che i buckyball potevano essere usati per profilare le profondità su scala molecolare in modo molto efficace, " ha spiegato Garrison. "I Buckyball sono molto più grandi e più grossi della distanza tra le molecole sulla superficie del materiale studiato, quindi quando i buckyball colpiscono la superficie, tendono a romperlo in un modo che ci consente di scrutare all'interno del solido e di vedere effettivamente quali molecole sono disposte dove. Possiamo vedere, Per esempio, che uno strato è composto da un tipo di molecola e lo strato successivo è composto da un altro tipo di molecola, simile al modo in cui una meteora crea un cratere che espone strati di roccia sotto la superficie".

Garrison e i suoi colleghi hanno deciso di utilizzare la modellazione al computer per testare l'efficacia di un approccio alternativo utilizzato da un altro gruppo di ricerca. L'altro gruppo aveva usato non solo grandi, buckyball ad alta energia per bombardare una superficie, ma anche un altro più piccolo, elemento chimico a bassa energia - argon - nel processo. "Nelle nostre simulazioni al computer, abbiamo modellato il bombardamento delle superfici prima con buckyball ad alta energia e poi, con atomi di argon a bassa energia, " ha detto Garrison.

Il gruppo di Garrison ha scoperto che, con il solo bombardamento da buckyball ad angoli radenti, il risultato finale è una superficie molto ruvida con molti avvallamenti e creste in una direzione. "In molti casi, questo approccio funziona bene per il profilo di profondità. Però, in altri casi, l'uso dei buckyball da soli crea una superficie irregolare su cui eseguire il profilo di profondità molecolare perché le molecole possono essere distribuite in modo non uniforme tra i picchi e le valli, " ha spiegato Garrison. "In questi casi, quando al processo viene aggiunto un bombardamento di argon a bassa energia, il risultato è molto più uniforme, superficie più liscia, quale, a sua volta, costituisce un'area migliore su cui eseguire analisi della disposizione molecolare. In questi casi, i ricercatori possono ottenere un'immagine più chiara dei molti strati di molecole ed esattamente quali molecole compongono ogni strato".

Però, Il team di Garrison ha anche concluso che l'argon deve essere sufficientemente basso in energia per evitare ulteriori danni alle molecole che vengono profilate. "Secondo le nostre simulazioni, la linea di fondo è che le condizioni buckyball utilizzate dall'altro gruppo di ricerca non sono le migliori per il profilo di profondità; così, il co-bombardamento con argon a bassa energia ha aiutato il processo, " ha detto Garrison. "Cioè, il metodo del co-bombardamento funziona solo in alcuni casi molto specifici. Non pensiamo che l'argon a bassa energia possa aiutare nei casi in cui i buckyball sono a energie sufficientemente elevate." Garrison ha aggiunto che i ricercatori precedenti avevano provato a usare più piccoli, proiettili atomici più semplici in alto, piuttosto che a basse energie, ma questi proiettili tendevano semplicemente a penetrare profondamente nella superficie, senza dare agli scienziati una visione chiara della disposizione e dell'identità delle molecole sottostanti.

Garrison ha affermato che il profilo molecolare della profondità è un aspetto cruciale di molti esperimenti chimici e le sue applicazioni sono di vasta portata. Per esempio, il profilo molecolare della profondità è un modo per aggirare le sfide di lavorare con qualcosa di così piccolo e intricato come una cellula biologica. Una cellula è composta da strati sottili di materiali distinti, ma è difficile tagliare qualcosa di così piccolo per analizzare la composizione di quegli strati super sottili. Inoltre, il profilo molecolare della profondità può essere utilizzato per analizzare altri tipi di tessuto umano, come il tessuto cerebrale, un processo che potrebbe aiutare i ricercatori a comprendere le malattie e le lesioni neurologiche. Nel futuro, la profilazione molecolare della profondità potrebbe anche essere utilizzata per studiare le nanoparticelle, oggetti estremamente piccoli con dimensioni comprese tra 1 e 10 nanometri, visibile solo al microscopio elettronico. Poiché le nanoparticelle vengono già utilizzate sperimentalmente come sistemi di somministrazione di farmaci, un'analisi dettagliata delle loro proprietà utilizzando il profilo molecolare della profondità potrebbe aiutare i ricercatori a testare l'efficacia dei sistemi di somministrazione dei farmaci.