p (Phys.org) —O outono geralmente não é um bom momento para grandes filmes de efeitos especiais, já que os sucessos de bilheteria do verão desapareceram e os das festas de fim de ano ainda não foram lançados. O outono é mais frequentemente o momento para filmes pensativos sobre pequenos assuntos, o que o torna perfeito para a revelação de um novo filme produzido por pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (DOE) (Berkeley Lab). Por meio de uma combinação de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e sua própria célula líquida de grafeno exclusiva, os pesquisadores registraram o movimento tridimensional do DNA conectado a nanocristais de ouro. Esta é a primeira vez que o TEM foi usado para imagens dinâmicas em 3D dos chamados materiais macios. p "Nossa demonstração de imagem dinâmica em 3D vai além do uso convencional do TEM em visão plana, amostras secas e abre muitas oportunidades interessantes para estudar a dinâmica de conjuntos macromoleculares biológicos e nanoestruturas artificiais, "diz o físico Alex Zettl, um dos líderes desta pesquisa. "Esses resultados foram possíveis graças à nossa nova célula de grafeno líquido, que pode atender aos desafios de usar TEM para materiais macios de imagem. "

p Zettl, que possui nomeações conjuntas com a Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e com o Departamento de Física da UC Berkeley, onde dirige o Centro de Sistemas Nanomecânicos Integrados, é um dos co-autores de um artigo em Letras NANO descrevendo esta pesquisa. O artigo é intitulado "Movimento 3D de Nanoconjugados de DNA-Au em Microscopia Eletrônica de Célula Líquida de Grafeno."

p Paul Alivisatos, Berkeley Lab Director e Samsung Distinguished Chair em Nanociência e Nanotecnologia da UC Berkeley, é o autor correspondente. Outros autores são Qian Chen, Jessica Smith, Jungwon Park, Kwanpyo Kim, Davy Ho e Haider Rasool.

p O termo "materiais macios" abrange uma grande variedade de coisas, incluindo DNA, proteínas e outros compostos biológicos, plásticos, drogas terapêuticas, eletrônica flexível, e certos tipos de energia fotovoltaica. Apesar de sua presença onipresente em nossas vidas diárias, materiais macios colocam muitas questões porque o estudo de sua dinâmica em nanoescala, especialmente sistemas biológicos, tem sido um desafio. TEM, em que um feixe de elétrons em vez de luz é usado para iluminação e ampliação, fornece a resolução para tais estudos, mas só pode ser usado em alto vácuo, pois as moléculas do ar interrompem o feixe de elétrons. Uma vez que os líquidos evaporam em alto vácuo, amostras de materiais macios, que foram descritos como "fluidos altamente viscosos, "deve ser hermeticamente selado em recipientes sólidos especiais (chamados células) com uma janela de visualização antes de ser fotografado com TEM.

p No passado, as células líquidas apresentavam janelas de visualização baseadas em silício, cuja espessura limitava a resolução e perturbava o estado natural dos materiais moles. Zettl e Alivisatos e seus respectivos grupos de pesquisa superaram essas limitações com o desenvolvimento de uma célula líquida baseada em uma membrana de grafeno com apenas um átomo de espessura. Este desenvolvimento foi feito em estreita cooperação com pesquisadores do Centro Nacional de Microscopia Eletrônica (NCEM), que está localizado no Berkeley Lab.

p "Nossas células líquidas de grafeno empurraram a resolução espacial da imagem TEM de fase líquida para a escala atômica, mas ainda focada nas trajetórias de crescimento de nanocristais metálicos, "diz o autor principal Qian Chen, Pós-doutorado no grupo de pesquisa de Alivisatos. "Agora, adotamos a técnica de geração de imagens da dinâmica 3D de materiais macios, começando com fita dupla (dsDNA) conectada a nanocristais de ouro e alcançando resolução nanométrica. "

p Para criar a célula, duas folhas opostas de grafeno estão coladas uma à outra por sua atração de van der Waals. Isso forma uma câmara selada em nanoescala e cria dentro da câmara um bolso de solução aquosa estável de aproximadamente 100 nanômetros de altura e um mícron de diâmetro. A membrana de grafeno com espessura de um único átomo das células é essencialmente transparente ao feixe de elétrons TEM, minimizando a perda indesejada de elétrons de imagem e fornecendo contraste e resolução superiores em comparação com janelas baseadas em silício. As bolsas aquosas permitem até dois minutos de imagens contínuas de amostras de materiais moles expostas a um feixe de elétrons de imagem de 200 kilo Volt. Durante este tempo, as amostras de materiais macios podem girar livremente.

p Depois de demonstrar que sua célula de líquido de grafeno pode selar uma solução de amostra aquosa contra um alto vácuo TEM, os pesquisadores de Berkeley o usaram para estudar os tipos de nanoconjugados de ouro-dsDNA que têm sido amplamente usados ​​como sondas plasmônicas dinâmicas.

p "A presença de moléculas de DNA de fita dupla incorpora os principais desafios de estudar a dinâmica de amostras biológicas com TEM de fase líquida, "diz Alivisatos." Os nanocristais de ouro de alto contraste facilitam o rastreamento de nossos espécimes. "

p Os grupos Alivisatos e Zettl foram capazes de observar dímeros, pares de nanopartículas de ouro, amarrado por um único pedaço de dsDNA, e trímeros, três nanopartículas de ouro, conectado em uma configuração linear por duas peças únicas de dsDNA. A partir de uma série de imagens TEM projetadas em 2D capturadas enquanto as amostras giravam, os pesquisadores deveriam reconstruir a configuração 3D e os movimentos das amostras à medida que evoluíam ao longo do tempo.

p "Essas informações seriam inacessíveis com as técnicas convencionais de TEM, "Chen diz.

p O desenvolvimento da técnica de célula líquida para TEM in situ, originalmente relatado no jornal Ciência em 2012.