Новости химической науки > Зафиксирована самосборка наноматериала в реальном времени

Группа исследователей из Университетов Калифорнии (Сан-Диего) и Флориды, а также Тихоокеанской Северо-западной Национальной лаборатории впервые смогла визуализировать рост наноразмерных химических объектов в режиме реального времени, доказав, что существует возможность документации процессов, протекающих в жидкости, на сцене, границы которой составляют миллиардные доли метра.

Ранее исследователи могли изучать изменения наноструктур, только наблюдая за крупномасштабными изменениями, происходящими с большим количеством частиц, получая изображения отдельных наноструктур или их ассоциатов с помощью электронной микроскопии.

Как отмечает Натан Джианнеши (Nathan Gianneschi), возглавлявший исследование совместно с Сетом Коэном (Seth Cohen), подход, использовавшийся для изучения роста и организации наносистем, по сути своей напоминает попытку восстановления событий, происходивших во время футбольного матча, по фотографиям, сделанным с интервалом в 5-10 минут.

Рисунок из JACS, 2015; DOI: 10.1021/jacs.5b00817

Оптимизировать методику слежения за динамическими процессами исследователям удалось, привлекая недавно разработанную методику, получившую название «просвечивающая электронная микроскопия в жидкой ячейке» [Liquid Cell Transmission Electron Microscopy (LCTEM)]. Просвечивающая электронная микроскопия (TEM) уже давно используется для изучения наноразмерных материалов и их визуализации. Методика LCTEM позволяет исследователям визуализировать движение отдельных наноразмерных объектов, однако до настоящего времени ее не применяли для«съемки фильма» о росте сложных самоорганизующихся химических наноструктур.

Джианнеши подчеркивает, что в новой работе впервые показана возможность использования подхода LCTEM для наблюдения за ростом сложных органических-неорганических гибридных материалов, что предоставляет исследователям уникальное понимание об особенностях их формирования. Такая демонстрация возможностей метода является существенным шагом вперед в применении LCTEM для изучения механизмов процессов, протекающих практически со всеми наноразмерными материалами в жидкой фазе. Для упрощения оптимизации процесса исследователи первоначально изучили химическую систему, которая хорошо известна, организуется из ограниченного набора компонентов, собирающихся в хорошо известный материал.

Джианнеши говорит, что объектами для исследования были выбраны металлоорганические каркасные структуры, которые, являясь высокоупорядоченными системами, собираются из известного набора органических и неорганических компонентов. На первом этапе исследователи выясняли, сохранят ли устойчивость наноструктуры в тех условиях, в которых проводился эксперимент. Этот шаг был необходим из-за подозрения о том, что металлоорганические каркасы могли быть разрушены действием пучка высокоэнергетических электронов, предназначенного для исследования объектов. После подбора соответствующих условий исследователи помещали в камеру LCTEM раствор с компонентами для сборки металлоорганических каркасов и следили за сборкой.

Продемонстрированная исследователями возможность визуализации сборки таких систем в режиме реального времени говорит о том, что такая же исчерпывающая информация может быть получена и для других деликатных процессов самоорганизации – например, новая методика может использоваться для изучения процессов сборки вирусов или процессов, протекающих в живых клетках, а также процессов самоорганизации наносистем – во всех тех случаях, когда для слежения за системой нам необходимо разрешение, которое способен предоставить лишь электронный микроскоп.

Источник: JACS, 2015; DOI: 10.1021/jacs.5b00817

метки статьи: #аналитическая химия, #нанотехнологии, #элементоорганическая химия