Avec la nouvelle technologie, les chercheurs ont observé la formation des micelles en temps réel. Bien que les micelles soient bien connues pour avoir des fonctions intéressantes, il y a des lacunes dans les connaissances sur la façon dont ils se forment réellement. Crédit :Le Groupe Gianneschi, Université du nord-ouest
Lorsque les célèbres physiciens Max Knoll et Ernst Ruska ont introduit pour la première fois le microscope électronique à transmission (MET) en 1933, il a permis aux chercheurs de regarder à l'intérieur des cellules, micro-organismes et particules qui étaient autrefois trop petits pour être étudiés.
Depuis des décennies, ces instruments de grande puissance s'étaient limités à prendre des clichés statiques de spécimens, qui ne racontent qu'une partie de l'histoire. Maintenant, des chercheurs de l'Université Northwestern et de l'Université de Floride remplissent les blancs pour rendre cette histoire plus complète.
L'équipe fait partie d'un effort pour développer un nouveau type de TEM qui prend dynamique, des vidéos multi-images de nanoparticules au fur et à mesure qu'elles se forment, permettant aux chercheurs de voir comment les spécimens changent dans l'espace et dans le temps. Savoir comment ces particules se forment pourrait changer la façon dont les chercheurs conçoivent les futurs systèmes d'administration de médicaments, des peintures, revêtements, les lubrifiants et autres matériaux pour lesquels le contrôle des propriétés à l'échelle nanométrique peut entraîner des effets importants sur les matériaux à l'échelle macroscopique.
« Nous avons démontré que la MET ne doit pas nécessairement être une méthode de microscopie utilisée uniquement pour analyser ce qui s'est passé après coup, après la fin d'une réaction, " a déclaré Nathan Gianneschi, professeur de chimie, génie biomédical et science et ingénierie des matériaux à Northwestern, qui a co-dirigé l'étude. "Mais, plutôt, qu'il peut être utilisé pour visualiser les réactions pendant qu'elles se produisent."
"Avant, nous avons juste eu des instantanés de ce à quoi les choses ressemblaient dans des moments particuliers, " a déclaré Brent Sumerlin, le professeur de chimie George Bergen Butler à l'Université de Floride, qui a co-dirigé l'étude avec Gianneschi. "Maintenant, on commence à voir l'évolution des matériaux en temps réel, ainsi nous pouvons voir comment les transformations se produisent. C'est époustouflant."
La recherche a été publiée aujourd'hui, 25 avril, dans la revue ACS Science centrale . Mollie A. Touve, un étudiant diplômé du laboratoire de Gianneschi, est le premier auteur de l'article.
La nouvelle technologie de Gianneschi et Sumerlin comporte trois volets principaux :l'auto-assemblage induit par polymérisation (PISA), un système robotique qui assemble les expériences et une caméra attachée au microscope qui capture les particules au fur et à mesure qu'elles se forment et changent.
La nouvelle technologie s'appuie sur un système robotique, conçu par le groupe de Gianneschi, qui assemble les produits chimiques nécessaires à l'expérience avec une grande précision et reproductibilité. Crédit :Le Groupe Gianneschi, Université du nord-ouest
Un expert en PISA, Sumerlin a longtemps utilisé la technique, qui fabrique de grandes quantités de matières souples bien définies, dans son laboratoire. Il utilise spécifiquement PISA pour former des micelles auto-assemblantes, un type de nanomatériau sphérique avec de nombreuses applications, des savons à l'administration ciblée de médicaments.
Bien que les micelles soient bien connues pour avoir des fonctions intéressantes, il y a des lacunes dans les connaissances sur la façon dont ils se forment réellement. Gianneschi et Sumerlin se sont demandé s'ils pouvaient utiliser un microscope électronique pour observer les micelles - en action - alors qu'elles s'auto-assemblent avec PISA.
"Parce que ces matériaux sont à l'échelle nanométrique, il nous fallait évidemment un microscope électronique pour les observer, " dit Gianneschi, membre de l'Institut international de nanotechnologie de Northwestern. "Donc, essentiellement, nous voulions utiliser le microscope électronique comme tube à essai."
Avec une grande précision et reproductibilité, le système robotique de l'équipe a assemblé tous les produits chimiques nécessaires à la fabrication des particules. Puis, le faisceau d'électrons du microscope a déclenché une réaction qui a provoqué le début de la formation des micelles. Bien que le système de caméra de Gianneschi n'ait pas capturé toute la transformation des micelles, cela a permis aux chercheurs d'en voir une partie.
"Je suis agréablement surpris que nous ayons réussi cette partie, ", a déclaré Gianneschi. "Mais l'optimisation du système, afin que nous puissions voir toute la trajectoire de la réaction, nous occupera au cours des prochaines années."
Toujours, Gianneschi et Sumerlin sont heureux d'avoir introduit un élément important en microscopie électronique :le temps. Gianneschi compare leur réalisation au processus de cuisson.
" Imaginez cuisiner le dîner sans pouvoir le regarder, " dit-il. " Vous pouvez suivre la recette, mais vous ne savez pas vraiment comment ça se passe. Vous ne pouvez pas regarder la viande brunir sur la cuisinière ou la pâte lever. Il faut pouvoir l'observer directement. Nous tenons cela pour acquis dans la vie normale."
"Avec l'analyse chimique traditionnelle, parfois la sortie est une ligne bidimensionnelle avec quelques pics et creux, et nous l'utilisons pour avoir une idée de ce qui se passe, " Sumerlin a ajouté. " Mais maintenant, nous fabriquons en fait des nanostructures et les regardons se former. C'est un grand changement."
