Dynamiczna analiza 3D budowy materiałów

Naukowcy z Berkeley zarejestrowali trójwymiarowy ruch cząsteczki DNA połączonej z nanocząteczkami złota. Dokonanie to było możliwe dzięki połączeniu techniki transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) oraz unikalnych właściwości grafenu.

DNA należy do grupy materiałów miękkich. Określenie "materiały miękkie" dotyczy ogromnej ilości różnych materiałów, w tym również białek i innych elementów biologicznych, tworzyw sztucznych, leków terapeutycznych, oraz pewnych typów ogniw fotowoltaicznych. Pomimo ich powszechnego występowania, materiały miękkie stanowią duże wyzwanie ze względu na badania ich dynamiki w nanoskali. TEM, którego mechanizm opiera się o działanie wiązki elektronów, zapewnia wysoką rozdzielczość w badaniach ruchów w nanoskali, ale wymaga warunków próżniowych. Ponieważ ciecze odparowują w warunkach wysokiej próżni, próbki z miękkich materiałów, określane jako "płyny o dużej lepkości," przez zobrazowanie TEM muszą być hermetycznie zamknięte w specjalnych pojemnikach (komórkach) z małym okienkiem. Dawniej stosowane pojemniki wykonane z krzemu przyczyniały się do słabej rozdzielczości obrazu. Badacze rozwiązali ten problem poprzez tworzenie komórek z grafenu o grubości jednego atomu. Komórki grafenowe zapewniają wysoką rozdzielczość TEM oraz pozwalają skupić się na trajektorii badanych materiałów. W celu utworzenia takiej komórki dwa przeciwległe arkusze grafenu połączone są ze sobą za pomocą sił van der Waalsa. Komórki grafenowe pozwalają nawet na dwuminutowe, ciągłe obrazowanie miękkich materiałów metodą TEM.

Naukowcy zastosowali nową metodę do badania ruchów cząsteczek DNA połączonych z nanocząstkami złota, które pełnią rolę sond plazmatycznych. Na podstawie otrzymanych obrazów naukowcy są w stanie określać konfigurację i ruchy próbek materiałów miękkich, i określać drogę ich ewolucji.

(pj)