p Elementos pesados ​​conhecidos como actinídeos são materiais importantes para a medicina, energia, e defesa nacional. Mas embora os primeiros actinídeos tenham sido descobertos por cientistas do Laboratório de Berkeley há mais de 50 anos, ainda não sabemos muito sobre suas propriedades químicas porque apenas pequenas quantidades desses elementos (ou isótopos) altamente radioativos são produzidos a cada ano; eles são caros; e sua radioatividade torna difícil manuseá-los e armazená-los com segurança. p Mas esses obstáculos enormes para a pesquisa de actinídeos podem um dia ser uma coisa do passado. Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab) e da UC Berkeley demonstraram como um microscópio eletrônico líder mundial pode gerar imagens de amostras de actinídeos tão pequenas quanto um único nanograma (um bilionésimo de grama) - uma quantidade que é várias ordens de magnitude menores do que as exigidas pelas abordagens convencionais.

p Suas descobertas foram relatadas recentemente em Nature Communications , e são especialmente importantes para a co-autora sênior Rebecca Abergel (abergel.lbl.gov/), cujo trabalho em quelantes - moléculas de ligação a metais - resultou em novos avanços em terapias contra o câncer, imagens médicas, e contramedidas médicas contra ameaças nucleares, entre outros. Abergel é um cientista docente que lidera o programa de Química de Elementos Pesados ​​na Divisão de Ciências Químicas do Laboratório de Berkeley, e professor assistente de engenharia nuclear na UC Berkeley.

p "Ainda há muitas perguntas sem resposta em relação à ligação química na série de actinídeos. Com essa instrumentação de última geração, finalmente somos capazes de sondar a estrutura eletrônica dos compostos actinídeos, e isso nos permitirá refinar os princípios de design molecular para vários sistemas com aplicações na medicina, energia, e segurança, "Abergel disse.

p "Demonstramos que você pode trabalhar com menos material - um nanograma - e obter os mesmos dados, se não melhores, sem ter que investir em instrumentos dedicados para materiais radioativos, "disse o co-autor sênior Andy Minor, diretor de instalação do Centro Nacional de Microscopia Eletrônica da Fundição Molecular do Berkeley Lab, e professor de ciência de materiais e engenharia na UC Berkeley.

p Permitir que os pesquisadores trabalhem com apenas um nanograma de uma amostra de actinídeo reduzirá significativamente os altos custos dos experimentos conduzidos com métodos anteriores. Um grama de berquélio actinídeo pode custar US $ 27 milhões de cair o queixo, por exemplo. Uma amostra de actinídeo que é apenas um nanograma também reduz a exposição à radiação e os riscos de contaminação, Menor adicionado.

p Em um conjunto de experimentos no TEAM 0,5 (Microscópio com correção de aberração de elétrons de transmissão), um microscópio eletrônico de resolução atômica na Fundição Molecular, os pesquisadores fizeram imagens de átomos individuais de berquélio e califórnio para demonstrar quanto menos material de actinídeo é necessário com sua abordagem.

p Em outro conjunto de experimentos usando EELS (espectroscopia de perda de energia de elétrons), uma técnica para sondar a estrutura eletrônica de um material, os pesquisadores ficaram surpresos ao observar no berquélio um fraco "acoplamento spin-órbita, "um fenômeno que pode influenciar como um átomo de metal se liga às moléculas." Isso nunca havia sido relatado antes, "disse o co-autor Peter Ercius, um cientista da equipe da Molecular Foundry que supervisiona o microscópio TEAM 0.5. "É como encontrar uma agulha em um palheiro. É incrível o que pudemos ver."

p O co-autor Alexander Müller credita a abordagem interdisciplinar de "ciência da equipe" do Berkeley Lab por reunir os melhores especialistas do mundo em microscopia eletrônica, química de elementos pesados, Engenharia nuclear, e ciência de materiais para o estudo.

p "Porque o Berkeley Lab atrai pesquisadores incríveis de todos os campos da ciência, esse trabalho colaborativo interdisciplinar surge naturalmente aqui, "disse ele." Eu pessoalmente achei esse aspecto muito gratificante para este projeto. E agora que estabelecemos essa abordagem, podemos buscar muitas novas direções na pesquisa de actinídeos. "Müller era um pós-doutorado na Fundição Molecular do Laboratório de Berkeley e no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da UC Berkeley na época do estudo. Ele agora é um associado em Munique, Alemanha, escritório de Kearney, uma empresa internacional de consultoria de gestão.

p Os protocolos de segurança em vigor para a pesquisa envolveram a preparação de amostras em laboratórios dedicados e um levantamento cuidadoso das áreas de trabalho. Uma vez que as amostras foram preparadas com quantidades minúsculas (1-10 nanogramas) de cada isótopo, os riscos de contaminação do equipamento também foram minimizados, disseram os pesquisadores.

p Os pesquisadores esperam aplicar sua abordagem à investigação de outros actinídeos, incluindo actínio, einsteinio, e fermium.

p "Quanto mais informações obtemos dessas pequenas quantidades de elementos radioativos, mais bem equipados estaremos para desenvolver novos materiais para a terapia de radiação contra o câncer e outras aplicações úteis, "Minor disse.

p Os co-autores do artigo incluem o ex-bolsista de pós-doutorado do Berkeley Lab Gauthier Deblonde (co-autor principal), agora um cientista pesquisador do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, e Steven Zeltmann, um estudante de graduação no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da UC Berkeley.