A capacidade de diagnosticar e prever as propriedades dos materiais é vital, particularmente no campo em expansão da nanotecnologia. A microscopia de elétron e de sonda atômica pode categorizar átomos em folhas finas de material, e em pequenas áreas de amostras mais espessas, mas tem se mostrado muito mais difícil mapear os constituintes das nanoestruturas dentro de grandes, objetos grossos. Os raios X - a ferramenta de imagem mais comum para materiais biológicos duros, como ossos - têm um tamanho de ponto focal limitado, portanto, eles não podem se concentrar em objetos em nanoescala.

Agora, Yukio Takahashi e colegas da Universidade de Osaka, junto com pesquisadores da Universidade de Nagoya e do centro RIKEN SPring-8 em Hyogo, conseguiram, pela primeira vez, produzir imagens bidimensionais de nanoestruturas envoltas em materiais espessos em grande escala. Seu trabalho foi possível porque eles projetaram um novo sistema de microscopia de difração de raios-X que não requer lentes.

“Os principais desafios deste trabalho foram realizar microscopia de difração de raios-X com alta resolução e amplo campo de visão, em seguida, estenda-o para imagens específicas do elemento, ”Explica Takahashi. “Conseguimos isso estabelecendo uma técnica de imagem de difração de raios-X de varredura chamada de pticografia de raios-X”.

A pticografia envolve a obtenção de imagens de um objeto que se sobrepõe em uma série de pontos de rede coincidentes. Os pesquisadores combinaram esta técnica com raios-x, e incluiu um sistema para compensar o desvio da óptica durante a geração de imagens. Takahashi e seus colegas focalizaram os raios-x usando os chamados 'espelhos Kirkpatrick – Baez' que lhes permitiram coletar dados de difração de alta qualidade.

Seu sistema monitora as mudanças na difração de raios-x em duas energias diferentes. O grau de diferença de fase entre as duas energias de raios X muda significativamente na borda de absorção do elemento alvo. Isso está relacionado ao número atômico do elemento, significando que os elementos presentes no material podem ser identificados. Para verificar se o sistema funciona, os pesquisadores depositaram nanopartículas de ouro / prata com cerca de 200 nanômetros de tamanho em uma membrana de nitreto de silício, e produziu imagens de alta resolução e em grande escala das partículas. As resoluções foram melhores do que 10 nanômetros (Fig. 1).

“Uma das aplicações práticas [desta técnica] no futuro é a possível observação de células, ”Explica Takahashi. “A forma de uma célula inteira e a distribuição espacial de [suas] organelas poderiam ser visualizadas tridimensionalmente com resolução de 10 nanômetros - para fornecer informações importantes sobre a organização dentro das células. Esperamos ver esta técnica sendo usada na ciência biológica e de materiais no futuro. ”