Les chimistes de l'UC San Diego ont développé un nouvel outil qui permet aux scientifiques pour la première fois de voir, à l'échelle de cinq milliardièmes de mètre, processus de mélange "à l'échelle nanométrique" se produisant dans les liquides.

"Être capable d'observer les gradients chimiques et les réactions à l'échelle nanométrique au fur et à mesure qu'ils se produisent est un outil tellement fondamental en biologie, la chimie et toute la science des matériaux, " a déclaré Nathan Gianneschi, un professeur de chimie et de biochimie qui a dirigé l'équipe qui a détaillé le développement dans un article dans le numéro de cette semaine du journal Microscopie et microanalyse . "Avec ce nouvel outil, nous pourrons examiner la cinétique et la dynamique des interactions chimiques que nous n'avons jamais pu voir auparavant."

Les scientifiques se sont longtemps appuyés sur la microscopie électronique à transmission, ou TEM, voir des structures à l'échelle nanométrique. Mais cette technique ne peut prendre que des images statiques et les sujets doivent être séchés, ou congelé et monté dans une chambre à vide afin d'être vu. Par conséquent, les chercheurs ont été incapables de visualiser les processus vivants ou les réactions chimiques à l'échelle nanométrique, telles que la croissance et la contraction dans les cellules vivantes de minuscules fibres ou de saillies à l'échelle nanométrique, essentiel dans le mouvement et la division cellulaire, ou les changements causés par une réaction chimique dans un liquide.

« En tant que chimistes, nous ne pouvions vraiment analyser que les produits finaux ou les changements de solution en vrac, ou image à basse résolution car nous ne pourrions jamais voir les événements se produire directement à l'échelle nanométrique, " a déclaré Gianneschi.

Développements récents en Liquid Cell TEM, ou LCTEM, ont permis aux scientifiques de prendre enfin des vidéos d'objets à l'échelle nanométrique dans des liquides. Mais cette technique a été limitée par l'incapacité de contrôler le mélange des solutions, une exigence lorsque l'on essaie de visualiser et d'analyser l'impact d'un médicament sur une cellule vivante ou la réaction de deux produits chimiques.

Joseph Patterson, chercheur postdoctoral au laboratoire Gianneschi, travailler avec des chercheurs de SCIENION AG en Allemagne et du Pacific Northwest National Laboratory, a fait un grand pas pour résoudre ce problème en développant une technique ainsi qu'un outil qui permet aux scientifiques de déposer de minuscules quantités de liquide - environ 50 billions de litre - dans la zone de visualisation du microscope LCTEM.

« Avec cette technique, nous pouvons voir plusieurs composants mélangés à l'échelle nanométrique dans les liquides, donc, par exemple, on pourrait regarder des matériaux biologiques et peut-être voir comment ils réagissent à un médicament, " a déclaré Gianneschi. " Cela n'a jamais été possible auparavant. "

« Les bénéfices pour la recherche fondamentale sont énormes, " a-t-il ajouté. " Nous pourrons désormais voir directement la croissance à l'échelle nanométrique de toutes sortes de choses, comme des fibres naturelles ou des microtubules. Les chercheurs s'intéressent beaucoup à comprendre comment les surfaces des nanoparticules affectent les réactions chimiques ou comment se développent des défauts à l'échelle nanométrique sur les surfaces des matériaux. On peut enfin s'intéresser aux interfaces sur les nanostructures pour optimiser le développement de nouveaux types de catalyseurs, peintures et suspensions."

Alors que les scientifiques n'ont pas encore utilisé leur outil pour visualiser les réactions chimiques en solution, ils ont démontré que la technique fonctionne pour fournir un mélange en utilisant des combinaisons de nanoparticules d'or et d'autres cristaux nanométriques en suspension dans un liquide.

"Ce que nous avons démontré, c'est la preuve de concept, " a déclaré Gianneschi. "Mais c'est ce que nous allons faire ensuite."

Bien que ce nouvel outil ne permette pas aux scientifiques de visualiser réellement des molécules en solution, Gianneschi a déclaré qu'ils devraient être en mesure de voir l'impact des réactions chimiques qui se produisent sur des matériaux de plus de cinq nanomètres, ou cinq milliardièmes de mètre.

"Nous n'observerons pas la collision de molécules, mais nous pourrons observer des particules individuelles et des collections d'entre elles, à l'échelle nanométrique, " Il a ajouté. " L'observation de ces types de processus a été l'un des principaux défis dans le domaine des nanosciences. "