窥视纳米物质“交合”过程新工具

材料牛注：加州大学圣地亚哥分校的化学家已经开发出一种新工具，这种工具使得科学家们第一次在5纳米的尺度上观察到“纳米”在液体中混合过程。

“这是生物学、化学和所有材料科学领域的基本工具，它能够在纳米尺寸上看到化学梯度和反应发生的位置。”Nathan Gianneschi说。他是化学生物方面的教授，并且领导团队详细说明了这种工具的发展，研究成果发表在the Journal Microscopy and Microanalysis上。“有了这个新工具，我们可以观察化学反应的动力学和动态，在此之前从未有过。”

科学家们长期以来依靠透射电子显微镜观察物质纳米尺度上的结构。但是，这只能观察到静态图像而且样品必须在真空下干燥、冷冻安装好。研究人员无法在纳米尺度上观察到物质的活动过程或化学反应，像有微小纤维或纳米突出物的活细胞的增长和收缩；基本在细胞运动和分裂；或在液体中由化学反应引起的改变。

“作为化学家，我们只能分析最终产物或原溶液的变化，或低分辨率的图片，因为我们不能在纳米尺度上直接看到发生过程。”Gianneschi说。

最近的研究进展中科学家们终于可以在液体细胞透射显微镜下观察到纳米级物质并且在液态中拍下了视频。但这种技术的局限是无法控制液体混合，试图观察和分析药物对活细胞的影响或两种化学物质的反应仍做不到。

Joseph Patterson通过开发技术工具对解决这个问题已经跨出了一大步，这种工具允许科学家在液体细胞透射显微镜观察区域内放入微量的液体--大约一升的百万兆分之五十。Joseph Patterson在Gianneschi实验室做博士后，在德国SCIENION AG和太平洋西北国家实验室做研究员。

“有了这个技术，我们可以在纳米尺度上把多个组分混合在液体里。例如通过这个工具可以观察生物体对药物如何响应,这是以前从来没有可能。”Gianneschi说。

“这种工具对基础研究好处是巨大的，”他补充道。“我们现在可以直接在纳米尺度上看到各种事物的生长，像天然纤维或微管。这特别吸引那些研究纳米颗粒表面如何影响化学反应或纳米缺陷在材料表面如何形成的研究员。我们终于可以观察到纳米结构的界面，这样可以优化新型催化剂、涂料和悬浮液。”

虽然科学家们还没使用这种工具去观察溶液中的化学反应，但他们已经利用这种技术演示了将金纳米颗粒和其他纳米晶体混合悬浮在液体中。

Gianneschi说：“我们接下来要做的是验证我们的演示。”

虽然这个新工具不能让科学家们在溶液中观察到分子。但Gianneschi说通过这种工具他们应该能看到大于五纳米的材料发生的化学反应。

“我们不能观察到分子的碰撞，但我们能够在纳米尺度范围观察到单个颗粒及它们的聚合。”他补充道。“在纳米科学领域中观察这些过程已经是一个关键的挑战。”

论文地址：Picoliter Drop-On-Demand Dispensing for Multiplex Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

原文参考地址：https://www.sciencedaily.com/releases/2016/05/160503130844.htm

感谢材料人编辑部黄语嫣提供素材