(PhysOrg.com) -- Mentre realizza su misura uno dei migliori strumenti di imaging al mondo per affrontare una delle sfide più sconcertanti della scienza, Tom Flores si sente come se stesse giocando a un microscopico gioco di Dov'è Waldo.
Nei libri per bambini di Martin Handford, i lettori studiano attentamente le illustrazioni stipate di centinaia di persone per cercare Waldo e la sua caratteristica maglietta a righe bianche e rosse.
Flores, una specializzazione in fisica, è alla ricerca di qualcosa di più sfuggente:il minuscolo nanotubo di carbonio.
I nanotubi di carbonio misurano da 1 a 5 nanometri di diametro. Un nanometro è un miliardesimo di metro, o tra un decimillesimo e un centomillesimo dello spessore di un capello umano.
Con una forza senza pari, rigidità e durezza, e rapporti lunghezza-diametro fino a milioni a uno, I CNT hanno un potenziale in medicina, energia e molte altre applicazioni.
Ma la loro dimensione infinitesimale rende difficile trovare e osservare i CNT. Mentre Waldo si nasconde dietro le persone, I CNT si nascondono tra i dossi, nick, granelli di polvere e altre imperfezioni su un vetrino da microscopio. Rivelano la loro presenza emettendo luce infrarossa quando una fonte di luce è diretta su di loro.
Un piano di messa a fuoco ultrasottile
Flores ha iniziato a studiare i CNT la scorsa primavera con Slava Rotkin, professore associato di fisica, e ha continuato la scorsa estate nel programma Research Experience for Undergraduates del dipartimento di fisica. Finanziato dalla National Science Foundation, il programma consente agli studenti di svolgere uno stage retribuito di 10 settimane insieme a un membro della facoltà.
Il programma REU di Lehigh, con più di due decenni di finanziamenti NSF, è uno dei più antichi della nazione. Negli ultimi cinque anni, una media di 25-28 studenti, circa un terzo da Lehigh, hanno preso parte al tirocinio.
Flores e due studenti laureati, Massooma Pirbhai e Tetyana Ignatova, studiano i CNT con un NTEGRA-Spectra su misura recentemente acquisito da Rotkin e Richard Vinci, professore di scienze e ingegneria dei materiali. Lo strumento accoppia un microscopio ottico con un microscopio a forza atomica (AFM), la cui sonda aghiforme scansiona una superficie e ne registra le caratteristiche topografiche.
Flores e i suoi colleghi combinano l'AFM con una tecnica di imaging ottico chiamata fluorescenza a riflessione interna totale.
“TIRF è una forma di fotoluminescenza, "dice Flores. “Ecciti un oggetto in modo che emani luce, che fornisce informazioni sull'oggetto e le sue proprietà.
“TIRF può eccitare un oggetto in un piano estremamente sottile. Studiamo i CNT a parete singola, che hanno un diametro di 1 nm. Il nostro piano di messa a fuoco deve essere molto sottile; altrimenti, otteniamo luminescenza dalle impurità vicino al nostro campione.”
Un'integrazione unica di tecniche di microscopia
Flores utilizza la punta della sonda AFM per individuare la posizione dei CNT su un campione.
“Produciamo un'immagine topografica AFM che ci mostra dove dobbiamo concentrarci. La risoluzione di quell'immagine è limitata solo dal diametro della punta. Questo è molto meglio di quello che puoi fare con una sonda ottica.
“Il nostro progetto è come un gioco di Dov'è Waldo. Stiamo cercando di trovare un oggetto minuscolo in un campione gigante. Dobbiamo combinare le informazioni dell'AFM sulle caratteristiche fisiche, forma e dimensione, con le informazioni fornite dal TIRF su come la luce interagisce con il campione».
Solo un altro gruppo di ricerca negli Stati Uniti, dice Flores, integra AFM e TIRF in una configurazione esattamente identica a quella di Lehigh. La combinazione delle due tecniche richiede intraprendenza. Per ottenere una messa a fuoco e un'illuminazione ottimali, Flores ei suoi colleghi hanno dovuto modificare il tavolino portacampione e le lenti del microscopio ottico.
“Il nostro obiettivo generale è trovare ed esaminare i CNT e caratterizzare le loro proprietà in modo che gli ingegneri possano trovare applicazioni per loro.
“Non abbiamo ancora immagini dei CNT, ma abbiamo prodotto immagini di perline di polietilene con coloranti che emettono luce a varie lunghezze d'onda.
"Quindi sappiamo che il nostro sistema funziona".
