Een onderzoeksteam onder leiding van een wetenschapper van het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy heeft voor het eerst aangetoond dat de magnetische velden van bacteriële cellen en magnetische nano-objecten in vloeistof met hoge resolutie kunnen worden bestudeerd met behulp van elektronenmicroscopie. Deze proof-of-principle-mogelijkheid maakt observatie uit de eerste hand van vloeibare omgevingsverschijnselen mogelijk, en heeft het potentieel om de kennis op een aantal wetenschappelijke gebieden enorm te vergroten, waaronder veel natuurkunde, nanotechnologie, conversie van biobrandstoffen, biomedische techniek, katalyse, batterijen en farmacologie.

"Het is net alsof je naar een Jurassic Park kunt reizen en dinosaurussen kunt zien rondlopen, in plaats van te proberen te raden hoe ze liepen door een gefossiliseerd skelet te onderzoeken, " zei Tanya Prozorov, een associate scientist in de afdeling Materials Sciences and Engineering van Ames Laboratory.

Prozorov werkt met biologische en bio-geïnspireerde magnetische nanomaterialen, en werden geconfronteerd met wat aanvankelijk een onoverkomelijke uitdaging leek om ze in hun natuurlijke vloeibare omgeving te observeren. Ze bestudeert een modelsysteem, magnetotactische bacteriën, die perfecte nanokristallen van magnetiet vormen. Om zo goed mogelijk te leren hoe bacteriën dit doen, ze had een alternatief nodig voor het typische elektronenmicroscopieproces van het hanteren van vaste monsters in vacuüm, waar zachte materie wordt bestudeerd in voorbereide, droog, of verglaasde vorm.

Voor dit werk, Prozorov ontving DOE-erkenning via een subsidie ​​van het Office of Science Early Career Research Program om geavanceerde elektronenmicroscopietechnieken met een vloeibare celinzet te gebruiken om te leren hoe de individuele magnetische nanokristallen zich vormen en groeien met behulp van biologische moleculen, wat van cruciaal belang is voor het maken van kunstmatige magnetische nanomaterialen met nuttige eigenschappen.

Om magnetisme in bacteriën te bestuderen, ze paste off-axis elektronenholografie toe, een gespecialiseerde techniek die wordt gebruikt voor de karakterisering van magnetische nanostructuren in de transmissie-elektronenmicroscoop, in combinatie met de vloeibare cel.

"Als we kijken naar monsters die op de conventionele manier zijn bereid, we moeten veel aannames doen over hun eigenschappen op basis van hun uiteindelijke staat, maar met de nieuwe techniek, we kunnen deze processen nu uit de eerste hand observeren, " zei Prozorov. "Het kan ons helpen de dynamiek van macromolecuulaggregatie te begrijpen, zelfassemblage van nanodeeltjes, en de effecten van elektrische en magnetische velden op dat proces."

"Deze methode stelt ons in staat om grote hoeveelheden nieuwe informatie te verkrijgen, " zei Prozorov. "Het is een eerste stap, bewijzen dat het in kaart brengen van magnetische velden in vloeistof op nanometerschaal met elektronenmicroscopie mogelijk is; Ik ben benieuwd naar de ontdekkingen die het zou kunnen bevorderen op andere gebieden van de wetenschap."

Het onderzoek wordt gedetailleerd beschreven in de krant, "Off-axis elektronenholografie van bacteriële cellen en magnetische nanodeeltjes in vloeistof, " door T. Prozorov, TP Almeida, A. Kovács, en R.E. Dunin-Borkowski:en gepubliceerd in de Tijdschrift van de Royal Society Interface .