I ricercatori segnalano lo sviluppo di nanoimaging a infrarossi iperspettrale basato sulla nanospettroscopia a infrarossi in trasformata di Fourier (nano-FTIR), consentendo l'imaging spettroscopico altamente sensibile di composizioni chimiche con risoluzione spaziale su scala nanometrica.

Un obiettivo nella scienza dei materiali, biomedicina e nanotecnologia è la mappatura compositiva non invasiva di materiali con risoluzione spaziale su scala nanometrica. Esiste una varietà di tecniche di imaging ad alta risoluzione (ad esempio, microscopi a sonda elettronica o a scansione), ma non possono soddisfare le crescenti esigenze di alta, sensibilità chimica non invasiva.

L'analisi chimica su nanoscala è recentemente diventata possibile con la spettroscopia nano-FTIR, una tecnica ottica che combina la microscopia ottica in campo vicino a scansione di tipo scattering (s-SNOM) e la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR). Illuminando la punta metallizzata di un microscopio a forza atomica (AFM) con un laser a infrarossi a banda larga o un sincrotrone e analizzando la luce retrodiffusa con uno spettrometro a trasformata di Fourier appositamente progettato, è stata dimostrata la spettroscopia infrarossa locale con una risoluzione spaziale inferiore a 20 nm. Però, su campioni organici è possibile ottenere solo spettri puntiformi o scansioni di linee spettroscopiche comprendenti non più di poche decine di spettri nano-FTIR, a causa dei lunghi tempi di acquisizione.

Ora, ricercatori del CIC nanoGUNE (San Sebastian, Spagna), Ikerbasque (Bilbao, Spagna), Cidetec (San Sebastian, Spagna) e il Robert Koch-Institut (Berlino, Germania) hanno sviluppato la nanoimaging a infrarossi iperspettrale. La tecnica consente di registrare array bidimensionali di diverse migliaia di spettri nano-FTIR, solitamente indicati come cubi di dati iperspettrali, in poche ore, e con una risoluzione spaziale e precisione migliore di 30 nm.

"L'eccellente qualità dei dati consente di estrarre informazioni chimiche e strutturali risolte su scala nanometrica con l'ausilio di tecniche statistiche (analisi dei dati multivariati) che utilizzano le informazioni spettroscopiche complete disponibili in ogni pixel, "dice Iban Amenabar, primo autore dell'opera. Anche senza alcuna informazione precedente sul campione e sui suoi componenti, i pixel con spettri infrarossi simili possono essere raggruppati automaticamente con l'aiuto dell'analisi gerarchica dei cluster. Mediante l'imaging e l'analisi di una miscela polimerica a tre componenti (Figura 1) e, i ricercatori hanno ottenuto mappe chimiche su nanoscala che rivelano non solo la distribuzione spaziale dei singoli componenti, ma anche anomalie spettrali spiegate dall'interazione chimica locale. Il ricercatore ha anche dimostrato la nanoimaging a infrarossi iperspettrale in situ della melanina nativa nei capelli umani.

Per i loro esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato il sistema nano-FTIR commerciale di Neaspec GmbH, incluso un continuum laser nel medio infrarosso che copre l'intervallo spettrale da 1000 a 1900 cm-1. L'analisi multivariata dei dati iperspettrali è stata eseguita con lo strumento software CytoSpec, che è stato sviluppato dal coautore Peter Lasch.

"Con il rapido sviluppo di laser nel medio infrarosso ad alte prestazioni e applicando strategie avanzate di riduzione del rumore, immaginiamo nanoimaging a infrarossi iperspettrale di alta qualità in pochi minuti, " conclude Rainer Hillenbrand, che ha condotto i lavori. "Vediamo un grande potenziale di applicazione in vari campi della scienza e della tecnologia, compresa la mappatura chimica dei compositi polimerici, prodotti farmaceutici, materiali nanocompositi organici e inorganici o imaging di tessuti biomedici, " Aggiunge.