Een microscoop die wordt ontwikkeld in het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy, stelt wetenschappers die biologische en synthetische materialen bestuderen in staat om tegelijkertijd chemische en fysische eigenschappen op en onder het oppervlak te observeren.

De Hybrid Photonic Mode-Synthesizing Atomic Force Microscope is uniek, volgens hoofdonderzoeker Ali Passian van de Quantum Information System-groep van ORNL. Als hybride, het instrument, beschreven in een paper gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , combineert de disciplines nanospectroscopie en nanomechanische microscopie.

"Onze microscoop biedt een niet-invasieve snelle methode om materialen gelijktijdig te onderzoeken op hun chemische en fysische eigenschappen, Passian zei. "Het stelt onderzoekers in staat om het oppervlak en de ondergrond van synthetische en biologische monsters te bestuderen, dat is een mogelijkheid die tot nu toe niet bestond."

ORNL's instrument behoudt alle voordelen van een atoomkrachtmicroscoop en biedt tegelijkertijd het potentieel voor ontdekkingen door zijn hoge resolutie en ondergrondse spectroscopische mogelijkheden.

"De originaliteit van het instrument en de techniek ligt in het vermogen om informatie te verstrekken over de chemische samenstelling van een materiaal in het brede infraroodspectrum van de chemische samenstelling, terwijl de morfologie van het interieur en exterieur van een materiaal wordt weergegeven met een resolutie op nanoschaal - een miljardste meter, ' zei Passian.

Onderzoekers zullen monsters kunnen bestuderen, variërend van gemanipuleerde nanodeeltjes en nanostructuren tot natuurlijk voorkomende biologische polymeren, weefsels en plantencellen.

De eerste toepassing als onderdeel van DOE's BioEnergy Science Center was het onderzoek van plantencelwanden onder verschillende behandelingen om submicronkarakterisering te bieden. De plantencelwand is een gelaagde nanostructuur van biopolymeren zoals cellulose. Wetenschappers willen dergelijke biopolymeren omzetten om de nuttige suikers vrij te maken en energie vrij te maken.

Een eerder instrument, ook uitgevonden bij ORNL, leverde beeldvorming van celwandstructuren van populieren die ongekende topologische informatie opleverden, het bevorderen van fundamenteel onderzoek naar duurzame biobrandstoffen.

Vanwege de indrukwekkende mogelijkheden van dit nieuwe instrument, het onderzoeksteam ziet brede toepassingen voor zich.

"Er is dringend behoefte aan nieuwe platforms die de uitdagingen van ondergrondse en chemische karakterisering op nanometerschaal kunnen aanpakken, "Zei co-auteur Rubye Farahi. "Hybride benaderingen zoals de onze brengen meerdere mogelijkheden samen, in dit geval, spectroscopie en hoge resolutie microscopie."

naar binnen kijken, de hybride microscoop bestaat uit een fotonische module die is ingebouwd in een modus-synthetiserende atoomkrachtmicroscoop. Het modulaire aspect van het systeem maakt het mogelijk om verschillende stralingsbronnen op te nemen, zoals afstembare lasers en niet-coherente monochromatische of polychromatische bronnen.