Een baanbrekende beeldvormingstechniek, ontwikkeld door onderzoekers van de Cornell University, is veelbelovend in het ontsmetten van water door verrassende en belangrijke informatie op te leveren over katalysatordeeltjes die op geen enkele andere manier kunnen worden verkregen.

hoogleraar scheikunde, Peng Chen heeft een methode ontwikkeld die niet-fluorescerende katalytische reacties - reacties die geen licht uitstralen - op nanoschaaldeeltjes kan afbeelden. Een bestaande methode kan reacties in beeld brengen die licht produceren, maar dat geldt slechts voor een klein deel van de reacties, waardoor de nieuwe techniek potentieel significant kan zijn op gebieden variërend van materiaalkunde tot nanotechnologie en energiewetenschappen.

De onderzoekers demonstreerden vervolgens de techniek bij het observeren van foto-elektrokatalyse - chemische reacties waarbij interacties met licht betrokken zijn - een belangrijk proces bij milieusanering.

"De methode bleek eigenlijk heel eenvoudig te zijn - vrij eenvoudig te implementeren en vrij eenvoudig te doen, " zei Chen, senior auteur van "Super-Resolution Imaging of Nonfluorescent Reactions via Competition, " die op 8 juli werd gepubliceerd in Natuurchemie . "Het breidt de reactiebeeldvorming echt uit tot een bijna onbeperkt aantal reacties."

Katalytische reacties treden op wanneer een katalysator, zoals een vast deeltje, versnelt een moleculaire verandering. Deze reacties op nanoschaal in beeld brengen terwijl ze plaatsvinden, die wetenschappers met de nieuwe techniek kunnen doen, kan onderzoekers helpen de optimale grootte en vorm voor de meest effectieve katalysatordeeltjes te leren.

In de krant, de onderzoekers pasten de nieuwe techniek toe om de oxidatie van hydrochinon in beeld te brengen, een microverontreiniging die in water wordt aangetroffen, op bismutvanadaatkatalysatordeeltjes, en ontdekte voorheen onbekend gedrag van katalysatoren die hielpen om hydrochinon niet-toxisch te maken.

"Veel van deze gekatalyseerde reacties zijn belangrijk voor het milieu, " Zei Chen. "Dus je zou ze kunnen bestuderen om te leren hoe je verontreinigende stoffen uit een waterige omgeving kunt verwijderen."

Eerder, Chen's onderzoeksgroep was een pionier in de toepassing van fluorescentiebeeldvorming met één molecuul, een niet-invasieve, relatief goedkope en eenvoudig te implementeren methode waarmee onderzoekers chemische reacties in realtime kunnen observeren. Omdat de methode beperkt was tot fluorescentiereacties, echter, zijn team werkte jarenlang aan een breder toepasbare methode.

De techniek die ze ontdekten, is gebaseerd op concurrentie tussen fluorescerende en niet-fluorescerende reacties. De concurrentie onderdrukt de fluorescerende reactie, zodat het kan worden gemeten en in kaart gebracht, die op zijn beurt informatie geeft over de niet-fluorescerende reactie.

De onderzoekers noemden hun methode COMPetition Enabled Imaging Technique met Super-Resolution, of COMPETEN.

"Deze zeer generaliseerbare techniek kan breed worden toegepast om verschillende klassen van niet-fluorescerende systemen in beeld te brengen, zoals ongelabelde eiwitten, neurotransmitters en middelen voor chemische oorlogsvoering, ' zei Peng. 'Daarom, we verwachten dat COMPEITS een baanbrekende technologie zal zijn met ingrijpende gevolgen op vele gebieden, waaronder energiewetenschap, cellenbiologie, neurowetenschap en nanotechnologie."