p Cientistas da Rice University desenvolveram uma nova técnica para visualizar um campo de nanopartículas plasmônicas simultaneamente para aprender como suas diferenças mudam sua reatividade. p Seu novo método é chamado de imagem hiperespectral instantânea (SHI), que até agora tem sido usado principalmente na astronomia. O SHI permite que os pesquisadores vejam as diferenças mínimas entre nanopartículas idênticas e vejam como elas reagem em resposta à luz e às mudanças ambientais.

p A técnica pode ajudar as indústrias a ajustar produtos como catalisadores plasmônicos para processamento petroquímico, nanopartículas disparadas por luz para o tratamento do câncer, células solares e microeletrônica.

p SHI é detalhado no American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry . Foi desenvolvido pelos laboratórios Rice de Stephan Link e Christy Landes, ambos professores de química e engenharia elétrica e da computação.

p Plasmons são a oscilação coordenada de elétrons em metais que é desencadeada pela luz. As nanopartículas plasmônicas são cristais de tamanho nanométrico que absorvem e reagem com a luz com extraordinária sensibilidade. Por causa do tamanho deles, forma, composição e ambiente local influenciam suas propriedades, nanopartículas plasmônicas podem ser ajustadas para uma ampla gama de aplicações.

p Os pesquisadores que produzem e estudam partículas plasmônicas geralmente querem saber e controlar sua reatividade, por isso é crucial ser capaz de estudar muitas partículas individuais simultaneamente com a melhor resolução de tempo, espaço e energia possíveis.

p Até agora, obter todos esses dados tem sido um processo desafiador para partículas individuais e impossível de fazer em tempo real.

p O novo método simplifica esse desafio incorporando um novo hardware e realizando duas análises ao mesmo tempo:localização de partículas e espectroscopia. "Medir reações em amostras heterogêneas é difícil, "Landes disse." Você quer detalhes íntimos sobre como a superfície de uma partícula, forma e tamanho influenciam sua reatividade, mas quando você olha para uma partícula diferente na amostra com aquele nível de detalhe, é tarde demais! Já reagiu. "

p "O truque aqui é tirar fotos de muitas partículas enquanto também coletamos informações espectrais, "Link disse." Quando combinados, eles fornecem detalhes com resolução de milissegundo sobre muitas partículas enquanto estão reagindo. Não precisamos começar a reação novamente para obter estatísticas significativas. "

p SHI alinha um microscópio, um par de sistemas de câmera, um laser supercontínuo de amplo espectro e uma rede de difração para sincronizar vários fluxos de dados sobre as partículas alvo em um instante. Ele combina informações espaciais com emissões espectrais e resolve comprimentos de onda de luz em cerca de um quinto de nanômetro. As imagens espectrais têm uma relação sinal-ruído acima de 100 para 1 para matrizes ordenadas. Para matrizes aleatórias com espectros sobrepostos, a proporção é de cerca de 20 para 1.

p "Quando você faz uma amostra de nanopartículas, você não obtém partículas com exatamente o mesmo tamanho e forma, "disse o co-autor e estudante de pós-graduação Benjamin Hoener." Você acaba com partículas que têm locais com defeitos, formas e estruturas cristalinas ligeiramente diferentes que os fazem absorver luz e moléculas em suas superfícies de maneira um pouco diferente. "

p Um instantâneo que mostra a cor e a intensidade de cada partícula pode tornar essas diferenças óbvias. "A partir daí, podemos obter informações importantes sobre suas propriedades eletroquímicas e ópticas, "disse o pesquisador de pós-doutorado e co-autor Sean Collins.

p O co-autor e estudante de graduação Kyle Smith disse que o SHI captura dados em um milésimo de segundo. "Processos nessas partículas ocorrem muito rapidamente, e são difíceis de monitorar, "ele disse." Pudemos observar processos cinéticos que não tinham sido observados nesta escala de tempo. "

p O sistema permite que os pesquisadores tenham uma noção do que está acontecendo em torno das partículas individuais também, Hoener disse. "Porque eles também são sensíveis ao ambiente local, podemos rastrear quando as reações eletroquímicas ocorrem em uma única partícula, em qual potencial (elétrico) essas reações ocorrem e compare-as para ver o que faz esse processo acontecer mais rápido em uma partícula do que em outra, " ele disse.

p Para testar o sistema, os pesquisadores mediram nanopartículas de ouro depositadas aleatoriamente e reuniram até 20 espectros simultâneos com excelente resolução. Em testes futuros, eles prevêem que as versões do SHI com sensores de câmera mais avançados irão capturar espectros de até 500 partículas de ouro individuais simultaneamente. Eles esperam aprimorar o SHI para permitir imagens espectroscópicas de nanopartículas à medida que crescem a partir de sementes não detectáveis.