De materiais energéticos a diagnósticos de doenças, novas técnicas de microscopia podem fornecer uma visão mais matizada. Os pesquisadores primeiro precisam entender os efeitos da radiação nas amostras.

Em um novo artigo publicado na semana passada em Avanços da Ciência , uma equipe de cientistas e engenheiros investigou os mecanismos que degradam a qualidade da amostra na microscopia eletrônica de transmissão de células líquidas (LC-TEM). Eles desenvolveram um dispositivo LC-TEM que usa várias janelas e recursos padronizados para explorar os impactos do bombardeio de elétrons de alta energia em nanopartículas e amostras biológicas sensíveis.

As instituições colaboradoras incluem o EMSL, o Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais, um Departamento de Energia Office of Science User Facility no Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), University of Illinois Chicago, Florida State University, Washington State University e Michigan Technological University. O autor principal do estudo, Trevor Moser, atualmente no PNNL, é um estudante de doutorado na Michigan Tech estudando com Tolou Shokuhfar, professor adjunto de engenharia mecânica da Michigan Tech e professor associado de bioengenharia da University of Illinois Chicago, e James Evans, um cientista sênior do PNNL.

A equipe explica que a microscopia eletrônica de transmissão (TEM) depende de um feixe de elétrons de alta energia que passa por uma amostra. Se a amostra é de um eletrodo de bateria ou células bacterianas, os elétrons que passam se espalharão de uma maneira específica refletindo a estrutura atômica da amostra. Em LC-TEM, materiais podem ser examinados em um estado nativo, permitindo observações dinâmicas, mas as amostras são líquidas ou suspensas em líquido e devem ser hermeticamente seladas para resistir ao vácuo do instrumento. Há um equilíbrio entre garantir que o líquido não evapore e, ao mesmo tempo, fornecer espaço de visualização suficiente para a passagem do feixe de elétrons.

"Projetamos e fabricamos novos dispositivos para armazenar amostras de líquidos, o que nos dá mais regiões de 'janela' para coletar imagens do que estavam disponíveis anteriormente, "Moser diz." Usando essas janelas múltiplas, pudemos estudar como a história da irradiação de elétrons influencia a nucleação e o crescimento das nanopartículas de prata, cujas propriedades de crescimento são sensíveis aos radicais gerados com o feixe. Também os usamos para estudar como esses radicais afetam as células bacterianas e demonstrar a extrema sensibilidade dessas amostras biológicas ao feixe de elétrons. "

A irradiação do feixe de alta energia usado no LC-TEM pode causar danos físicos às amostras. Por exemplo, a equipe descobriu que quando uma célula foi fotografada - e foi exposta a um fluxo significativo de elétrons pela primeira vez - o movimento observado das nanopartículas em relação à membrana celular foi um resultado de dano celular. Isso é importante porque o insight mostra que o movimento é um artefato de geração de imagens da célula, em vez de observar a dinâmica celular acontecer em tempo real.

"Fomos capazes de capturar imagens primitivas de células usando nosso dispositivo de múltiplas câmaras, em que a primeira imagem representava a primeira exposição das células a doses significativas de elétrons, "Evans diz.

"Uma vez que as propriedades nativas da amostra podem ser alteradas ou alteradas pelos efeitos desses radicais gerados por feixe de elétrons, "Shokuhfar diz, "compreender as mudanças químicas de uma amostra de líquido como resultado da irradiação de elétrons é a chave para a interpretação correta dos dados coletados com esta técnica."

À medida que as nuances do LC-TEM são coletadas, possíveis aplicações incluem a coleta de altíssima resolução, informações detalhadas sobre dispositivos de energia e materiais de armazenamento, bem como detecção de doenças, imagens médicas e aprofundamento nos fundamentos da atividade celular. Em termos de próximas etapas, a equipe planeja se concentrar na caracterização de mais amostras biológicas, que parecem ser vulneráveis ​​aos efeitos da irradiação de elétrons. O novo dispositivo LC-TEM oferece mais janelas para este mundo atômico complexo, proporcionando mais chances de avanços em energia e saúde.