Quando os famosos físicos Max Knoll e Ernst Ruska introduziram pela primeira vez o microscópio eletrônico de transmissão (TEM) em 1933, permitiu aos pesquisadores observar dentro das células, microorganismos e partículas que antes eram pequenos demais para serem estudados.

Por décadas, esses instrumentos de alta potência foram limitados a tirar instantâneos estáticos de espécimes, que contam apenas parte da história. Agora, pesquisadores da Northwestern University e da University of Florida estão preenchendo os espaços em branco para tornar esta história mais completa.

A equipe faz parte de um esforço para desenvolver um novo tipo de TEM que leva dinâmica, vídeos multi-frame de nanopartículas à medida que se formam, permitindo que os pesquisadores vejam como os espécimes mudam no espaço e no tempo. Saber como essas partículas se formam pode mudar a forma como os pesquisadores projetam sistemas de entrega de medicamentos futuros, tintas, revestimentos, lubrificantes e outros materiais para os quais têm controle sobre as propriedades em nanoescala podem levar a grandes efeitos em materiais em macroescala.

"Demonstramos que TEM não precisa ser um método de microscopia usado exclusivamente para analisar o que aconteceu após o fato - após o término de uma reação, "disse Nathan Gianneschi, professor de química, engenharia biomédica e ciência e engenharia de materiais na Northwestern, que co-liderou o estudo. "Mas, em vez, que pode ser usado para visualizar reações enquanto ocorrem. "

"Antes, tínhamos apenas instantâneos de como as coisas pareciam em momentos específicos de tempo, "disse Brent Sumerlin, o George Bergen Butler Professor de Química da Universidade da Flórida, que co-liderou o estudo com Gianneschi. "Agora, estamos começando a ver a evolução dos materiais em tempo real, para que possamos ver como ocorrem as transformações. É alucinante. "

A pesquisa foi publicada hoje, 25 de abril, no jornal ACS Central Science . Mollie A. Touve, um estudante de graduação no laboratório de Gianneschi, é o primeiro autor do artigo.

A nova tecnologia de Gianneschi e Sumerlin tem três componentes principais:auto-montagem induzida por polimerização (PISA), um sistema robótico que monta os experimentos e uma câmera acoplada ao microscópio que captura as partículas à medida que se formam e mudam.

Um especialista em PISA, Sumerlin há muito usa a técnica, que faz grandes quantidades de materiais macios bem definidos, em seu laboratório. Ele usa especificamente o PISA para formar micelas de automontagem, um tipo de nanomaterial esférico com muitas aplicações - de sabonetes a distribuição de drogas direcionadas.

Embora as micelas sejam bem conhecidas por terem funções interessantes, existem lacunas de conhecimento em como eles realmente se formam. Gianneschi e Sumerlin se perguntaram se poderiam usar um microscópio eletrônico para observar as micelas - em ação - enquanto elas se montam com o PISA.

"Como esses materiais estão na escala de comprimento nanométrico, obviamente precisávamos de um microscópio eletrônico para observá-los, "disse Gianneschi, membro do Instituto Internacional de Nanotecnologia da Northwestern. "Então, essencialmente, queríamos usar o microscópio eletrônico como tubo de ensaio. "

Com alta precisão e reprodutibilidade, o sistema robótico da equipe reuniu todos os produtos químicos necessários para fazer as partículas. Então, o feixe de elétrons do microscópio desencadeou uma reação que fez as micelas começarem a se formar. Embora o sistema de câmera de Gianneschi não tenha capturado toda a transformação das micelas, permitiu que os pesquisadores vissem parte dela.

"Estou agradavelmente surpreso por termos conseguido essa parte, "Gianneschi disse." Mas otimizar o sistema - para que possamos ver toda a trajetória da reação - nos manterá ocupados nos próximos anos. "

Ainda, Gianneschi e Sumerlin estão satisfeitos por terem introduzido um elemento importante para a microscopia eletrônica:o tempo. O Gianneschi compara sua conquista ao processo de cozinhar.

"Imagine cozinhar o jantar sem poder assistir, "ele disse." Você pode seguir a receita, mas você realmente não sabe como está indo. Você não pode ver a carne dourar no fogão ou a massa crescer. Você precisa ser capaz de observá-lo diretamente. Nós consideramos isso normal na vida normal. "

"Com a análise química tradicional, às vezes, a saída é uma linha bidimensional com alguns picos e vales, e usamos isso para ter uma ideia do que está acontecendo, "Sumerlin acrescentou." Mas agora estamos realmente fazendo nanoestruturas e observando sua formação. Isso é uma grande mudança."