Un nuovo microscopio da costruire presso l'Università di Houston (UH) offrirà agli scienziati un modo migliore per studiare le proprietà chimiche di una serie di superfici, passando dalla plastica e dai metalli alle cellule e all'acqua. I ricercatori dicono che questo aiuterà sia negli studi ambientali che nella scienza dei materiali.

Un triennio, Una sovvenzione di 1 milione di dollari dalla Fondazione W. M. Keck è stata assegnata a Steven Baldelli, un professore associato di chimica all'UH, per costruire il dispositivo. Baldelli sta collaborando a questo progetto con Kevin Kelly, professore associato di ingegneria elettrica e informatica alla Rice University.

"Le superfici sono ovunque; tuttavia, studiare la loro chimica è un po' complicato poiché le superfici sono spesso spesse solo uno o due atomi, " ha detto Baldelli. "Le superfici in genere hanno proprietà diverse rispetto alla maggior parte del materiale".

Il microscopio che il gruppo di Baldelli sta costruendo consentirà agli scienziati di ottenere maggiori informazioni sulle superfici. L'attuale tecnica di generazione di frequenza somma, o SFG, utilizza un laser e fornisce la natura chimica della superficie complessiva, ma non la chimica dettagliata delle diverse regioni su una superficie e il modo in cui reagiscono.

"Se guardi un pezzo di metallo, alcune parti saranno lucide, alcuni noiosi, un po' arrugginito, "Ha detto Baldelli. "La chimica non è uniforme su tutta la superficie. Questo nuovo microscopio catturerà e fornirà dati per tutte le aree. Le tecniche attuali offuscano i dettagli di regioni specifiche".

Baldelli dice che conoscere di più sulle varie regioni di una superficie sarà utile a molte aree della scienza, compresa la scienza ambientale per gli studi sui minerali e sulle superfici naturali dell'acqua, così come la scienza dei materiali per la produzione di materiali diversi come metalli, leghe e polimeri. Per il nuovo microscopio, Baldelli sta combinando SFG con una tecnica chiamata imaging di rilevamento della compressione, che consentirà agli scienziati di suddividere i dati in regioni localizzate per vedere le reazioni dell'area specifica.

Secondo Baldelli, il laser consente loro di apprendere come si comportano le molecole di superficie osservando come le molecole interagiscono con la luce del laser. Quando il raggio laser colpisce il campione, i ricercatori recuperano il segnale e analizzano cosa succede dopo che ha colpito, fornendo loro dati sull'assorbimento della luce da parte del campione, emette nuovi segnali luminosi o modifica la polarizzazione della luce.

Prima di ricevere la sovvenzione della Fondazione Keck, i gruppi Baldelli e Kelly hanno costruito un prototipo per dimostrare che il concetto avrebbe funzionato. Baldelli e lo studente laureato UH Xiaojun Cai hanno lavorato sulla chimica e sull'ottica laser, mentre Kelly e il suo studente Ting Sun hanno manipolato i dati di imaging per l'analisi dei segnali di superficie. I loro risultati sono stati pubblicati nel Giornale di Fisica Chimica , insieme a un altro membro del team e alunno UH, Bian Hu, che ha lavorato con il gruppo Rice. L'articolo è disponibile online all'indirizzo http://jcp.aip.org/resource/1/jcpsa6/v135/i19/p194202_s1.

"Ci sono voluti un paio d'anni ed è stato costruito con pezzi di ricambio, ma siamo stati in grado di dimostrare che il principio funziona, " ha detto Baldelli. "Abbiamo dimostrato che possiamo recuperare le immagini ei segnali di superficie".

La sovvenzione consentirà al team di acquistare un laser più veloce, dando loro la possibilità di costruire un dispositivo con una migliore risoluzione dell'immagine e velocità di acquisizione dei dati. Con oltre 50 gruppi in tutto il mondo che utilizzano l'attuale tecnica SFG per le misurazioni della chimica di superficie, Baldelli dice che una volta che questo nuovo microscopio sarà completato e completamente testato, sarà facile per gli scienziati di tutto il mondo adottare la funzionalità aggiuntiva del rilevamento della compressione.

"Circa i due terzi dei gruppi che utilizzano SFG hanno già un laser con acquisizione rapida, " ha detto Baldelli. "Una volta costruito e testato questo microscopio combinato SFG e sensore di compressione, altri gruppi dovrebbero essere in grado di implementare la tecnica senza troppe spese aggiuntive".