Un microscopio in fase di sviluppo presso l'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia consentirà agli scienziati che studiano materiali biologici e sintetici di osservare contemporaneamente le proprietà chimiche e fisiche sopra e sotto la superficie.

Il microscopio a forza atomica a sintesi fotonica ibrida è unico, secondo il ricercatore principale Ali Passian del gruppo Quantum Information System dell'ORNL. Come un ibrido, lo strumento, descritto in un articolo pubblicato in Nanotecnologia della natura , combina le discipline della nanospettroscopia e della microscopia nanomeccanica.

"Il nostro microscopio offre un metodo rapido non invasivo per esplorare i materiali contemporaneamente per le loro proprietà chimiche e fisiche, " Ha detto Passian. "Permette ai ricercatori di studiare la superficie e il sottosuolo di campioni sintetici e biologici, che è una capacità che fino ad ora non esisteva".

Lo strumento di ORNL conserva tutti i vantaggi di un microscopio a forza atomica offrendo allo stesso tempo il potenziale per scoperte attraverso le sue capacità spettroscopiche ad alta risoluzione e sotto la superficie.

"L'originalità dello strumento e della tecnica risiede nella sua capacità di fornire informazioni sulla composizione chimica di un materiale nell'ampio spettro infrarosso della composizione chimica, mostrando la morfologia dell'interno e dell'esterno di un materiale con una risoluzione su scala nanometrica - un miliardesimo di metro, " ha detto Passiano.

I ricercatori saranno in grado di studiare campioni che vanno da nanoparticelle e nanostrutture ingegnerizzate a polimeri biologici naturali, tessuti e cellule vegetali.

La prima applicazione nell'ambito del BioEnergy Science Center del DOE riguardava l'esame delle pareti cellulari delle piante sotto diversi trattamenti per fornire una caratterizzazione submicronica. La parete cellulare della pianta è una nanostruttura a strati di biopolimeri come la cellulosa. Gli scienziati vogliono convertire tali biopolimeri per liberare gli zuccheri utili e rilasciare energia.

Uno strumento precedente, inventato anche all'ORNL, ha fornito l'imaging delle strutture della parete cellulare del pioppo che ha prodotto informazioni topologiche senza precedenti, promuovere la ricerca fondamentale sui biocarburanti sostenibili.

Grazie alle straordinarie capacità di questo nuovo strumento, il team di ricercatori prevede ampie applicazioni.

"Esiste un urgente bisogno di nuove piattaforme in grado di affrontare le sfide del sottosuolo e della caratterizzazione chimica su scala nanometrica, ", ha affermato il co-autore Rubye Farahi. "Approcci ibridi come il nostro riuniscono molteplici capacità, in questo caso, spettroscopia e microscopia ad alta risoluzione."

guardando dentro, il microscopio ibrido è costituito da un modulo fotonico incorporato in un microscopio a forza atomica a sintesi di modalità. L'aspetto modulare del sistema consente di ospitare diverse sorgenti di radiazione come laser sintonizzabili e sorgenti monocromatiche o policromatiche non coerenti.