Yeni Mikroskop Tekniği Nanomalzemeleri Kendi Oluşum Sırasında İzleyebilir
Fotoğraf : Çözelti içerisindeki misellerin örneklenmesi.
Ünlü fizikçiler Max Knoll ve Ernst Ruska ilk olarak transmisyon elektron mikroskobunu (TEM) 1933’te tanıttıklarında bu durum bir zamanlar üzerinde çalışmak için çok küçük olan hücrelerin, mikroorganizmaların ve parçacıkların içerisine dikkatlice bakılmasını araştırmacılara sağladı.
Onlarca yıldır bu yüksek güçlü enstrümanlar, sadece hikayenin bir kısmını anlatan örneklerin statik anlık görüntülerini almakla sınırlı kalmıştır. Şimdi, Northwestern Üniversitesi ve Florida Üniversitesi’nden araştırmacılar bu hikayeyi daha eksiksiz hale getirmek için boşlukları doldurmaktadır.
Araştırmacılar nanopartiküllerin oluşum sırasında dinamik, çok çerçeveli videolarını çeken yeni bir TEM tipi geliştirmeye çalışıyorlar, böylece bu durum örneklerin uzay ve zamanda nasıl değiştiğinin bakış açısını sağlıyor. Bu parçacıkların nasıl oluştuğunu bilmek, kendi nanoölçek özelliklerinden büyük ölçüde etkilenen gelecekteki ilaç verme sistemlerini, boyaları, kaplamaları, yağları ve diğer malzemeleri bilim adamlarının nasıl tasarladıklarını değiştirebilir.
Çalışmayı yürüten Northwestern’de biyomedikal mühendisliği, malzeme bilimi ve mühendisliği ve kimya profesörü Nathan Gianneschi, “TEM’in, sadece bir tepkimeden sonra olanları analiz etmek için kullandığı mikroskobik yöntemi olması gerekmediğini gösterdik. Fakat daha doğrusu bu yöntem reaksiyon gerçekleşirken reaksiyonu görselleştirmek için kullanılabilir.” dedi.
Gianneschi ile birlikte çalışmayı yürüten Florida Üniversitesi’nde kimya profesörü olan Brent Sumerlin, ” Önce, sadece belli zaman aralıklarında partikül içerisinde neye benzediğine ait anlık görüntüleri elde ettik. Şimdi ise malzemelerin evrimini gerçek zamanda görmeye başlıyoruz, bu yüzden dönüşümlerin nasıl gerçekleştiğini görebiliyoruz.” dedi.
Gianneschi ve Sumerlin’in araştırmaları ACS Central Science’da bir raporda bildirilmiştir. Gianneschi’nin laboratuvarında lisansüstü öğrenci olan Mollie Touve ise gazetenin ilk yazarıdır. Gianneschi ve Sumerlin’in yeni teknolojisinin üç ana bileşeni vardır: polimerizasyonla indüklenmiş kendiliğinden kurulma (PISA), deneyleri yürüten bir robotik sistem ve oluştuklarında ve değiştiklerinde partikülleri yakalayan mikroskoba bağlı bir kamera.
PISA’da uzman olan Sumerlin, laboratuvarında çok miktarda iyi tanımlanmış yumuşak materyaller üreten tekniği uzun süredir kullanmaktadır. Sumerlin sabunlardan ilaç dağıtım sistemine kadar birçok uygulama ile küresel nanomalzemenin bir türü olan miselleri oluşturmak için PISA kullanır.
Misellerin ilginç fonksiyonlara sahip olduğu çok iyi bilinmesine rağmen aslında nasıl oluştuklarına dair bilgi eksikliği vardır. Gianneschi ve Sumerlin PISA ile birlikte kendiliğinden kurulduğu zaman misellerin hareketini izlemek için elektron mikroskobunu kullanıp kullanamayacaklarını merak ettiler.
Northwestern Uluslararası Nanoteknoloji Enstitüsü’nün bir üyesi olan Gianneschi, “Bu materyaller nanometre uzunluğuna sahip olduğundan, onları gözlemlemek için bir elektron mikroskobuna ihtiyaç duyduk. Yani aslında elektron mikroskobunu bir test tüpü olarak kullanmak istedik.” dedi.
Ekibe ait robotik sistem, parçacıkları yapmak için gereken tüm kimyasalları yüksek hassasiyet ve yeniden üretilebilirlik ile bir araya getirdi. Daha sonra mikroskopun elektron ışını, misellerin oluşmaya başlamasına neden olan bir reaksiyonu tetikledi. Gianneschi’nin kamera sistemi misellerin tüm dönüşümünü yakalamamasına rağmen, sistem araştırmacıların bunun bir parçasını görmesini sağladı.
Gianneschi, “Bu eksik bölümü doldurduğumuz için şaşkınım. Ama sistemi optimize etmek önümüzdeki birkaç yıl boyunca bizi meşgul edecek ve böylece tepkinin tüm yörüngesini görebiliriz.” dedi.
Yine de Gianneschi ve Sumerlin, elektron mikroskobu için önemli yeni bir element olan ‘zaman’ kavramını ortaya çıkardıkları için memnunlar. Gianneschi başarılarını yemek pişirme sürecine benzetiyor. “Pişme sürecini izleyemeden akşam yemeği pişirmeyi hayal et. Tarifi takip edebilirsin, ama nasıl gittiğini gerçekten bilmiyorsun. Ocağın üzerindeki kahverengi eti ya da hamurun yükselişini izleyemezsin. Bunu normal yaşamda doğrudan gözlemlemelisin.”
Sumerlin, “Geleneksel kimyasal analizi ile bazen ürün birkaç zirve ve vadileri olan iki boyutlu bir çizgidir ve biz ne olduğuna dair bir fikir edinmek için onu kullanıyoruz.” “Ama şimdi nanoyapıları yapıyor ve onların oluşumlarını izliyoruz. Bu büyük bir değişim.” diye ekledi.
Kaynak : materialstoday.com
