Des matériaux énergétiques au diagnostic des maladies, les nouvelles techniques de microscopie peuvent fournir des informations plus nuancées. Les chercheurs doivent d'abord comprendre les effets des rayonnements sur les échantillons.

Dans un nouvel article publié la semaine dernière dans Avancées scientifiques , une équipe de scientifiques et d'ingénieurs s'est penchée sur les mécanismes qui dégradent la qualité des échantillons en microscopie électronique à transmission à cellules liquides (LC-TEM). Ils ont développé un appareil LC-TEM qui utilise plusieurs fenêtres et caractéristiques à motifs pour explorer les impacts du bombardement électronique à haute énergie sur les nanoparticules et les échantillons biologiques sensibles.

Les institutions collaboratrices comprennent l'EMSL, le Laboratoire des sciences moléculaires de l'environnement, une installation d'utilisateurs de l'Office of Science du ministère de l'Énergie au Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), Université de l'Illinois à Chicago, Université d'État de Floride, Université d'État de Washington et Université technologique du Michigan. L'auteur principal de l'étude, Trevor Moser, actuellement au PNNL, est un étudiant au doctorat à Michigan Tech étudiant à la fois sous Tolou Shokuhfar, professeur adjoint de génie mécanique à Michigan Tech et professeur agrégé de bio-ingénierie à l'Université de l'Illinois à Chicago, et James Evans, un scientifique senior au PNNL.

L'équipe explique que la microscopie électronique à transmission (MET) repose sur un faisceau d'électrons à haute énergie qui traverse un échantillon. Que l'échantillon provienne d'une électrode de batterie ou de cellules bactériennes, les électrons qui passent se disperseront d'une manière spécifique reflétant la structure atomique de l'échantillon. En LC-TEM, les matériaux peuvent être examinés dans un état natif permettant des observations dynamiques, mais les échantillons sont liquides ou en suspension dans un liquide et doivent être hermétiquement scellés pour résister au vide de type espace de l'instrument. Il existe un équilibre entre s'assurer que le liquide ne s'évapore pas tout en offrant suffisamment d'espace de visualisation pour le passage du faisceau d'électrons.

« Nous avons conçu et fabriqué de nouveaux dispositifs pour contenir des échantillons liquides qui nous donnent plus de zones de « fenêtres » pour collecter des images qu'auparavant, " dit Moser. " En utilisant ces multiples fenêtres, nous avons pu étudier comment l'histoire de l'irradiation électronique influence la nucléation et la croissance des nanoparticules d'argent, dont les propriétés de croissance sont sensibles aux radicaux générés avec le faisceau. Nous les avons également utilisés pour étudier l'impact de ces radicaux sur les cellules bactériennes et démontrer l'extrême sensibilité de ces échantillons biologiques au faisceau d'électrons."

L'irradiation du faisceau à haute énergie utilisé dans le LC-TEM peut causer des dommages physiques aux échantillons. Par exemple, l'équipe a découvert que lorsqu'une cellule était imagée et exposée à un flux d'électrons important pour la première fois, le mouvement observé des nanoparticules par rapport à la membrane cellulaire était le résultat de dommages cellulaires. C'est important parce que la perspicacité montre que le mouvement est un artefact de l'imagerie de la cellule plutôt que de regarder la dynamique cellulaire se produire en temps réel.

« Nous avons pu capturer des images immaculées de cellules à l'aide de notre dispositif à chambres multiples dans lequel la première image représentait la première exposition des cellules à des doses d'électrons importantes, ", dit Evans.

"Étant donné que les propriétés natives de l'échantillon peuvent être altérées ou modifiées par les effets de ces radicaux générés par faisceau d'électrons, " Shokuhfar dit, "La compréhension des changements chimiques d'un échantillon liquide à la suite d'une irradiation électronique est la clé pour une interprétation correcte des données collectées avec cette technique."

Au fur et à mesure que les nuances de LC-TEM sont glanées, les applications possibles incluent la collecte de très haute résolution, des informations détaillées sur les dispositifs énergétiques et les matériaux de stockage ainsi que la détection des maladies, l'imagerie médicale et approfondir les bases de l'activité cellulaire. Concernant les prochaines étapes, l'équipe prévoit de se concentrer sur la caractérisation d'échantillons plus biologiques, qui semblent être vulnérables aux effets de l'irradiation électronique. Le nouveau dispositif LC-TEM offre plus de fenêtres sur ce monde atomique complexe, offrant plus de chances de percées dans le domaine de l'énergie et de la santé.