Um novo microscópio a ser construído na Universidade de Houston (UH) dará aos cientistas uma maneira melhor de estudar as propriedades químicas de uma série de superfícies, indo de plásticos e metais a células e água. Os pesquisadores dizem que isso ajudará tanto nos estudos ambientais quanto na ciência dos materiais.

De três anos, Um subsídio de US $ 1 milhão da Fundação W. M. Keck foi concedido a Steven Baldelli, um professor associado de química na UH, para construir o dispositivo. Baldelli está colaborando neste projeto com Kevin Kelly, professor associado de engenharia elétrica e da computação na Rice University.

"As superfícies estão por toda parte; no entanto, estudar sua química é um pouco complicado, pois as superfícies geralmente têm apenas um ou dois átomos de espessura, "Baldelli disse." As superfícies normalmente têm propriedades diferentes do que a maior parte do material. "

O microscópio que o grupo de Baldelli está construindo permitirá aos cientistas obter mais informações sobre as superfícies. A técnica atual de geração de frequência de soma, ou SFG, usa um laser e fornece a natureza química geral da superfície, mas não a química detalhada de diferentes regiões em uma superfície e como elas estão reagindo.

"Se você olhar para um pedaço de metal, algumas partes serão brilhantes, alguns maçantes, algum enferrujado, "Baldelli disse." A química não é uniforme na superfície. Este novo microscópio irá capturar e fornecer dados para todas as áreas. As técnicas atuais confundem os detalhes de regiões específicas. "

Baldelli diz que saber mais sobre as várias regiões de uma superfície será útil para muitas áreas da ciência, incluindo ciência ambiental para estudos de minerais e superfícies naturais de água, bem como ciência de materiais para fazer diferentes materiais, como metais, ligas e polímeros. Para o novo microscópio, Baldelli está combinando SFG com uma técnica chamada imagem por sensor de compressão, que permitirá aos cientistas separar os dados em regiões localizadas para ver as reações da área específica.

De acordo com Baldelli, o laser permite que eles aprendam como as moléculas de superfície estão se comportando, observando como as moléculas interagem com a luz do laser. Quando o feixe de laser atinge a amostra, os pesquisadores recuperam o sinal e analisam o que acontece depois que ele atinge, dando-lhes dados sobre se a amostra absorve luz, emite novos sinais de luz ou altera a polarização da luz.

Antes de receber a bolsa da Fundação Keck, os grupos Baldelli e Kelly construíram um protótipo para provar que o conceito funcionaria. Baldelli e o estudante de graduação da UH, Xiaojun Cai, trabalharam com química e óptica de laser, enquanto Kelly e seu aluno Ting Sun manipulavam os dados de imagem para análise dos sinais de superfície. Seus resultados foram publicados no Journal of Chemical Physics , junto com outro membro da equipe e ex-alunos do UH, Bian Hu, que trabalhou com o grupo Rice. O artigo está disponível online em http://jcp.aip.org/resource/1/jcpsa6/v135/i19/p194202_s1.

"Demorou alguns anos e foi construído com peças sobressalentes, mas temos sido capazes de provar que o princípio funciona, "Baldelli disse." Nós mostramos que podemos recuperar as imagens e os sinais de superfície. "

A concessão permitirá que a equipe compre um laser mais rápido, dando-lhes a capacidade de construir um dispositivo com resolução de imagem aprimorada e velocidade de aquisição de dados. Com mais de 50 grupos em todo o mundo usando a técnica SFG atual para medições de química de superfície, Baldelli diz que assim que este novo microscópio for concluído e totalmente testado, será fácil para cientistas de todo o mundo adotar o recurso adicional de sensoriamento compressivo.

"Cerca de dois terços dos grupos que usam SFG já possuem um laser com aquisição rápida, "Baldelli disse." Assim que construirmos e testarmos este SFG combinado com o microscópio de detecção de compressão, outros grupos devem ser capazes de implementar a técnica sem muitos gastos adicionais. "