Une équipe de recherche dirigée par un scientifique du laboratoire Ames du département américain de l'Énergie a démontré pour la première fois que les champs magnétiques des cellules bactériennes et des nano-objets magnétiques dans un liquide peuvent être étudiés à haute résolution en utilisant la microscopie électronique. Cette capacité de preuve de principe permet une observation directe des phénomènes d'environnement liquide, et a le potentiel d'accroître considérablement les connaissances dans un certain nombre de domaines scientifiques, comprenant de nombreux domaines de la physique, nanotechnologie, conversion de biocarburants, génie biomédical, catalyse, piles et pharmacologie.

"C'est un peu comme pouvoir voyager dans un Jurassic Park et voir des dinosaures se promener, au lieu d'essayer de deviner comment ils marchaient en examinant un squelette fossilisé, " a déclaré Tanya Prozorov, chercheur associé à la division des sciences et de l'ingénierie des matériaux du laboratoire Ames.

Prozorov travaille avec des nanomatériaux magnétiques biologiques et bioinspirés, et a fait face à ce qui semblait initialement être un défi insurmontable de les observer dans leur environnement liquide natif. Elle étudie un système modèle, bactéries magnétotactiques, qui forment des nanocristaux parfaits de magnétite. Afin de mieux comprendre comment les bactéries font cela, elle avait besoin d'une alternative au processus typique de microscopie électronique consistant à manipuler des échantillons solides sous vide, où la matière molle est étudiée en préparation, séché, ou forme vitrifiée.

Pour ce travail, Prozorov a reçu la reconnaissance du DOE grâce à une subvention du programme de recherche en début de carrière du Bureau des sciences pour utiliser des techniques de microscopie électronique de pointe avec un insert de cellule liquide pour apprendre comment les nanocristaux magnétiques individuels se forment et se développent à l'aide de molécules biologiques, ce qui est essentiel pour fabriquer des nanomatériaux magnétiques artificiels dotés de propriétés utiles.

Pour étudier le magnétisme chez les bactéries, elle a appliqué l'holographie électronique hors axe, une technique spécialisée utilisée pour la caractérisation de nanostructures magnétiques au microscope électronique à transmission, en combinaison avec la cellule liquide.

"Quand on regarde des échantillons préparés de manière conventionnelle, nous devons faire de nombreuses hypothèses sur leurs propriétés en fonction de leur état final, mais avec la nouvelle technique, nous pouvons maintenant observer ces processus de première main, " a déclaré Prozorov. " Cela peut nous aider à comprendre la dynamique de l'agrégation de macromolécules, auto-assemblage de nanoparticules, et les effets des champs électriques et magnétiques sur ce processus."

"Cette méthode nous permet d'obtenir de grandes quantités d'informations nouvelles, " dit Prozorov. " C'est un premier pas, prouver que la cartographie des champs magnétiques dans le liquide à l'échelle nanométrique par microscopie électronique peut être réalisée; J'ai hâte de voir les découvertes que cela pourrait favoriser dans d'autres domaines de la science."

La recherche est détaillée dans le document, « Holographie électronique hors axe de cellules bactériennes et de nanoparticules magnétiques en liquide, " par T. Prozorov, T.P. Almeida, A. Kovács, et R.E. Dunin-Borkowski :et publié dans le Journal de la Royal Society Interface .