reactieve moleculen, zoals vrije radicalen, kunnen in het lichaam worden geproduceerd na blootstelling aan bepaalde omgevingen of stoffen en celbeschadiging veroorzaken. Antioxidanten kunnen deze schade minimaliseren door interactie met de radicalen voordat ze cellen aantasten.

Onder leiding van Enrique Gomez, hoogleraar chemische technologie en materiaalkunde en techniek, Onderzoekers van Penn State hebben dit concept toegepast om beeldschade te voorkomen aan geleidende polymeren die zachte elektronische apparaten bevatten, zoals organische zonnecellen, organische transistoren, bio-elektronische apparaten en flexibele elektronica. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in Natuurcommunicatie vandaag (8 januari).

Volgens Gomez, het visualiseren van de structuren van geleidende polymeren is cruciaal om deze materialen verder te ontwikkelen en de commercialisering van zachte elektronische apparaten mogelijk te maken, maar de daadwerkelijke beeldvorming kan schade veroorzaken die beperkt wat onderzoekers kunnen zien en begrijpen.

"Het blijkt dat antioxidanten, zoals die je zou vinden in bessen, zijn niet alleen goed voor u, maar zijn ook goed voor polymeermicroscopie, ' zei Gomez.

Polymeren kunnen alleen tot op een bepaald punt worden afgebeeld met transmissie-elektronenmicroscopie met hoge resolutie (HRTEM), omdat het bombardement van elektronen die worden gebruikt om afbeeldingen te vormen, het monster uit elkaar breekt.

De onderzoekers onderzochten deze schade met als doel de fundamentele oorzaak te achterhalen. Ze ontdekten dat de HRTEM-elektronenstraal vrije radicalen genereerde die de moleculaire structuur van het monster aantasten. Introductie van gebutyleerd hydroxytolueen, een antioxidant die vaak wordt gebruikt als voedseladditief, aan het polymeermonster verhinderde deze schade en verwijderde een andere beperking op beeldvormingsomstandigheden - temperatuur.

"Tot nu, de belangrijkste strategie voor het minimaliseren van polymeerschade is beeldvorming bij zeer lage temperaturen, " zei mede-auteur Brooke Kuei, die in augustus promoveerde in materiaalkunde en techniek aan het Penn State College of Earth and Mineral Sciences. "Ons werk toont aan dat de straalschade kan worden geminimaliseerd door de toevoeging van antioxidanten bij kamertemperatuur."

Hoewel de onderzoekers de resolutielimieten die het resultaat waren van deze methode niet kwantitatief hebben getest, ze waren in staat om het polymeer af te beelden met een resolutie van 3,6 angstrom, een verbetering ten opzichte van hun vorige resolutie van 16 angstrom. Ter vergelijking, een angstrom is ongeveer een miljoenste van de breedte van een mensenhaar.

Polymeren zijn opgebouwd uit moleculaire ketens die op elkaar liggen. De eerder afgebeelde afstand van 16 angstrom was de afstand tussen kettingen, maar beeldvorming bij 3,6 angstrom stelde onderzoekers in staat patronen van nauwe contacten langs de ketens te visualiseren. Voor het elektrisch geleidende polymeer dat in deze studie werd onderzocht, onderzoekers konden de richting volgen waarin elektronen reizen. Volgens Gomez, hierdoor kunnen ze de geleidende structuren in polymeren beter begrijpen.

"De sleutel tot deze vooruitgang in polymeermicroscopie was het begrijpen van de fundamenten van hoe de schade optreedt in deze polymeren, " zei Gomez. "Deze technologische vooruitgang zal hopelijk helpen leiden tot de volgende generatie organische polymeren."