Des chercheurs en nanotechnologie du gouvernement américain ont démontré une nouvelle fenêtre pour voir ce qui sont maintenant pour la plupart des opérations clandestines se déroulant dans des zones détrempées, royaumes inhospitaliers du nanomonde - processus technologiquement et médicalement importants qui se produisent aux frontières entre les liquides et les solides, comme dans les batteries ou le long des membranes cellulaires.

La nouvelle approche d'imagerie par micro-ondes l'emporte sur les méthodes basées sur les rayons X et les électrons qui peuvent endommager les échantillons délicats et les résultats boueux. Et cela évite aux équipements coûteux d'être exposés à des liquides, tout en éliminant le besoin de durcir les sondes contre les corrosifs, toxique, ou d'autres environnements dangereux.

Ecrire dans le journal ACS Nano , les collaborateurs—du Center for Nanoscale Science and Technology du National Institute of Standards and Technology (NIST) et du Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory (ORNL)—décrivent leur nouvelle approche pour l'imagerie d'échantillons réactifs et biologiques à des niveaux nanométriques dans des conditions réalistes conditions.

L'élément clé est une fenêtre, une membrane ultrafine qui sépare la sonde en forme d'aiguille d'un microscope à force atomique (AFM) de l'échantillon sous-jacent, conservés dans de minuscules conteneurs qui maintiennent un environnement liquide ou gazeux cohérent. L'ajout transforme l'imagerie micro-ondes en champ proche en un outil polyvalent, étendre son utilisation au-delà de la technologie des semi-conducteurs, où il est utilisé pour étudier les structures solides, vers un nouveau royaume de liquides et de gaz.

"L'ultra-mince, membrane transparente aux micro-ondes permet d'examiner l'échantillon de la même manière que le radar terrestre a été utilisé pour révéler des images de la surface de Vénus à travers son atmosphère opaque, " a expliqué le physicien du NIST Andrei Kolmakov.

« Nous générons des micro-ondes au sommet ou à la toute fin de la pointe de la sonde, " a déclaré Kolmakov. " Les micro-ondes pénètrent à travers la membrane à quelques centaines de nanomètres de profondeur dans le liquide jusqu'à l'objet d'intérêt. Lorsque la pointe balaye l'échantillon à travers la membrane, nous enregistrons les micro-ondes réfléchies pour générer l'image."

Les micro-ondes sont beaucoup plus grosses que les objets nanométriques qu'elles ont l'habitude de « voir ». Mais lorsqu'il est émis à une distance infime, les micro-ondes en champ proche réfléchies par un échantillon donnent une image étonnamment détaillée.

Dans leurs expériences de preuve de concept, l'équipe du NIST-ORNL a utilisé son microscope hybride pour obtenir une vue à l'échelle nanométrique des premières étapes d'un processus de galvanoplastie de l'argent. Les images micro-ondes ont capturé la formation électrochimique d'amas métalliques ramifiés, ou dendrites, sur les électrodes. Des caractéristiques presque aussi petites que 100 nanomètres (milliards de mètre) ont pu être discernées.

Aussi important, les micro-ondes à faible énergie étaient trop faibles pour rompre les liaisons chimiques, Chauffer, ou interférer d'une autre manière avec le processus qu'ils étaient utilisés pour capturer en images. En revanche, un microscope électronique à balayage qui a été utilisé pour enregistrer le même processus de galvanoplastie à des niveaux de résolution comparables a produit des images montrant la délamination et d'autres effets destructeurs du faisceau d'électrons.

L'équipe rapporte un succès similaire dans l'utilisation de leur configuration AFM-micro-ondes pour enregistrer des images de cellules de levure dispersées dans de l'eau ou du glycérol. Les niveaux de résolution spatiale étaient comparables à ceux obtenus avec un microscope électronique à balayage, mais, étaient exempts des dommages causés par le faisceau d'électrons.

Dans leurs expériences, l'équipe a utilisé des membranes, faites soit de dioxyde de silicium, soit de nitrure de silicium, dont l'épaisseur variait de 8 nanomètres à 50 nanomètres. Ils ont trouvé, cependant, que plus la membrane est fine, meilleure est la résolution - jusqu'à des dizaines de nanomètres - et plus la profondeur de sondage est grande - jusqu'à des centaines de nanomètres.

"Ces chiffres peuvent être encore améliorés avec le réglage et le développement d'une meilleure électronique, " a déclaré Kolmakov.

En plus d'étudier les processus en réactif, toxique, ou environnements radioactifs, les chercheurs suggèrent que leur approche d'imagerie par micro-ondes pourrait être intégrée dans des dispositifs fluidiques "laboratoires sur puce", où il peut être utilisé pour échantillonner des liquides et des gaz.