Uma única fita de DNA. Os poluentes tóxicos em uma lufada de ar. Uma amostra de tinta de uma obra de arte inestimável. Flocos de um meteorito marciano. Isso é apenas uma amostra do que os cientistas serão capazes de examinar com o novo microscópio - um microscópio Raman de força atômica, para ser exato, agora localizado no Laboratório Lammot du Pont da Universidade de Delaware.

"A UD está entusiasmada em adicionar esta nova ferramenta importante e de última geração ao nosso conjunto de instrumentos para examinar materiais em alta resolução, "disse Charles G. Riordan, vice-presidente de pesquisa, bolsa de estudos e inovação. "Com esse recurso, Corpo docente UD, alunos e funcionários serão capazes de impulsionar a pesquisa e a educação em uma ampla variedade de campos, da engenharia às ciências físicas e à conservação da arte. "

O novo microscópio ajudará os pesquisadores a chegar onde antes não conseguiam. Os osciloscópios anteriores simplesmente não tinham a resolução superalta e o poder de descoberta de química que este possui.

"Este microscópio permitirá que os cientistas vejam objetos 10, 000 vezes menor que o diâmetro de um cabelo humano - além de fornecer informações detalhadas sobre a superfície de um material e sua química, "disse Karl Booksh, professor de química e bioquímica e a força de mobilização por trás da proposta de sucesso da UD para a National Science Foundation. A NSF veio com $ 558, 228 bolsa de seus programas de Instrumentação de Pesquisa Principal e Instrumentação de Pesquisa Química e do Programa Estabelecido para Estimular a Pesquisa Competitiva (EPSCoR). O UD Research Office também ajudou a custear o custo do instrumento, que foi comprado da Horiba, um fornecedor líder de sistemas de medição analítica e científica.

Esta nova ferramenta é um "twofer científico, "combinando dois microscópios em um. Um microscópio Raman, nomeado após o falecido físico indiano e Nobel, Sir Chandrashekhara Venkata Raman, escaneia uma amostra com um laser, interagindo com as vibrações da molécula de interesse, espalhando a luz. Esses padrões de luz servem como "impressões digitais" para identificar as moléculas e estudar suas ligações químicas e o grau de interatividade com outras moléculas.

Um microscópio de força atômica examina uma amostra usando uma pequena sonda que fornece informações sobre a superfície, como sua topografia, dureza, propriedades elétricas e térmicas. Esta sonda, com ponta de ouro, é quase "atomicamente nítido, "o que significa que é virtualmente capaz de detectar um único átomo.

Combinar as duas técnicas em um único microscópio fornece um tesouro de informações simultaneamente. E isso é importante para uma série de estudos na universidade e com colaboradores da indústria, bem como instituições parceiras, como Winterthur Museum.

Colocando o escopo para funcionar

Durante o verão de 2019, estudante de doutorado Devon Haugh e graduação Savannah Talledo, um aluno do Wofford College participando da Iniciativa de Liderança em Ciência e Engenharia financiada pela NSF na UD, usou o novo microscópio para estudar os poluentes do ar. Minúsculas partículas de gás do escapamento de veículos e fuligem gerada a partir da queima de carvão podem alimentar as mudanças climáticas e aumentar o risco de asma, Doença pulmonar, doenças cardíacas e outros problemas de saúde. O microscópio ajudou a determinar a acidez das partículas transportadas pelo ar, o que influencia a rapidez com que crescerão na atmosfera.

"Compreender a acidez pode nos ajudar a melhorar as previsões de como as partículas transportadas pelo ar afetam a saúde humana e o clima, "disse Murray Johnson, professor de química e bioquímica, quem está liderando o projeto. "Em um laboratório convencional, a acidez é medida com um medidor de pH. Contudo, essa abordagem não funciona para partículas aerotransportadas na escala de tamanho submicrométrico, daí a necessidade de novas abordagens de medição, como a microssonda Raman. "

Haugh ficou feliz por ter acesso ao novo instrumento para seu trabalho.

"Preocupo-me com a saúde do nosso ambiente, "disse ela." Este projeto me permite contribuir para melhor entendê-lo e protegê-lo. "

Os especialistas do Laboratório de Pesquisa e Análise Científica de Winterthur enfocarão o microscópio nas valiosas coleções de têxteis históricos do museu, bem como suas pinturas chinesas de exportação dos séculos 18 e 19, de acordo com Jocelyn Alcántara-García, professor assistente e co-investigador da bolsa. Na primeira metade do século 19, com o impulso do comércio exterior com a abertura de portos na China, um grande número de pigmentos químicos sintéticos ocidentais foi importado para a China. Muito antes, esses pigmentos feitos pelo homem substituíram os pigmentos minerais e vegetais que os pintores chineses tradicionalmente usavam em suas obras de arte, de aquarelas a vidros pintados ao contrário. O novo microscópio ajudará os cientistas da conservação a obter uma melhor compreensão deste período de transição.

Alcántara-García disse que usará o instrumento para entender os fixadores que foram usados ​​para fixar a tintura em têxteis históricos, que ajudará os conservadores têxteis e outros profissionais do museu a determinar os mecanismos de degradação e intervenções potenciais.

Resolvendo desafios na Terra e em Marte

Agora, sobre aqueles meteoritos ... em uma colaboração que começou quando ele se juntou ao corpo docente da UD há uma década, Booksh está trabalhando com o cientista sênior da Merck Joseph P. Smith, que obteve seu doutorado em química analítica na UD, e com o professor do Marietta College, Frank Smith, que obteve seu doutorado em geologia na UD, para desvendar alguns dos segredos dos planetas por meio de pistas fornecidas pela lunar, Meteoritos marcianos e asteroidais. As amostras chegaram à equipe com autoridade - do Johnson Space Center da NASA e do Smithsonian.

O principal interesse da equipe é a composição química e as propriedades dessas rochas, que contêm "bolsas de choque" criadas a partir de todas as fraturas e derretimentos que ocorreram quando atingiram o solo. Sua química pode ajudar a revelar a geologia e a atmosfera de seus planetas natais. Smith disse que o trabalho também pode ajudar na busca de vida em Marte nas missões rover da NASA e da Agência Espacial Européia em 2020.

"Os rovers da NASA e da ESA terão, pela primeira vez, Espectrômetros Raman para ajudar a caracterizar os materiais da superfície marciana, "Smith disse." Como tal, nosso trabalho de investigação de meteoritos pode ajudar a aprimorar a busca por vida em Marte, desenvolvendo coleta de dados ideal e metodologias de análise. "

Booksh e Smith também estão trabalhando em outros problemas intrigantes aqui mesmo na Terra - como colaboradores na Merck &Co. Inc. e no projeto UD com foco em aplicações farmacêuticas. A equipe irá investigar o polimorfismo no desenvolvimento de drogas - a capacidade de um sólido existir em duas ou mais formas cristalinas, cada um com propriedades físicas e químicas muito diferentes. Os polimorfos são uma preocupação especial para a indústria farmacêutica porque uma dessas formas pode ser tóxica, e mais de 50 por cento dos ingredientes farmacêuticos ativos têm mais de um polimorfo.

"Esperamos desenvolver a próxima geração de técnicas analíticas que ajudarão a resolver esses desafios complexos enfrentados pela indústria farmacêutica, "Smith disse.