窺視納米物質“交合”過程新工具

材料牛注：加州大學圣地亞哥分校的化學家已經開發出一種新工具，這種工具使得科學家們第一次在5納米的尺度上觀察到“納米”在液體中混合過程。

“這是生物學、化學和所有材料科學領域的基本工具，它能夠在納米尺寸上看到化學梯度和反應發生的位置。”Nathan Gianneschi說。他是化學生物方面的教授，并且領導團隊詳細說明了這種工具的發展，研究成果發表在the Journal Microscopy and Microanalysis上。“有了這個新工具，我們可以觀察化學反應的動力學和動態，在此之前從未有過。”

科學家們長期以來依靠透射電子顯微鏡觀察物質納米尺度上的結構。但是，這只能觀察到靜態圖像而且樣品必須在真空下干燥、冷凍安裝好。研究人員無法在納米尺度上觀察到物質的活動過程或化學反應，像有微小纖維或納米突出物的活細胞的增長和收縮；基本在細胞運動和分裂；或在液體中由化學反應引起的改變。

“作為化學家，我們只能分析最終產物或原溶液的變化，或低分辨率的圖片，因為我們不能在納米尺度上直接看到發生過程。”Gianneschi說。

最近的研究進展中科學家們終于可以在液體細胞透射顯微鏡下觀察到納米級物質并且在液態中拍下了視頻。但這種技術的局限是無法控制液體混合，試圖觀察和分析藥物對活細胞的影響或兩種化學物質的反應仍做不到。

Joseph Patterson通過開發技術工具對解決這個問題已經跨出了一大步，這種工具允許科學家在液體細胞透射顯微鏡觀察區域內放入微量的液體--大約一升的百萬兆分之五十。Joseph Patterson在Gianneschi實驗室做博士后，在德國SCIENION AG和太平洋西北國家實驗室做研究員。

“有了這個技術，我們可以在納米尺度上把多個組分混合在液體里。例如通過這個工具可以觀察生物體對藥物如何響應,這是以前從來沒有可能。”Gianneschi說。

“這種工具對基礎研究好處是巨大的，”他補充道。“我們現在可以直接在納米尺度上看到各種事物的生長，像天然纖維或微管。這特別吸引那些研究納米顆粒表面如何影響化學反應或納米缺陷在材料表面如何形成的研究員。我們終于可以觀察到納米結構的界面，這樣可以優化新型催化劑、涂料和懸浮液。”

雖然科學家們還沒使用這種工具去觀察溶液中的化學反應，但他們已經利用這種技術演示了將金納米顆粒和其他納米晶體混合懸浮在液體中。

Gianneschi說：“我們接下來要做的是驗證我們的演示。”

雖然這個新工具不能讓科學家們在溶液中觀察到分子。但Gianneschi說通過這種工具他們應該能看到大于五納米的材料發生的化學反應。

“我們不能觀察到分子的碰撞，但我們能夠在納米尺度范圍觀察到單個顆粒及它們的聚合。”他補充道。“在納米科學領域中觀察這些過程已經是一個關鍵的挑戰。”

論文地址：Picoliter Drop-On-Demand Dispensing for Multiplex Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

原文參考地址：https://www.sciencedaily.com/releases/2016/05/160503130844.htm

感謝材料人編輯部黃語嫣提供素材