Champaign, Ill. - Una nueva técnica de imágenes que usa ondas de difracción de electrones para mejorar tanto la resolución de la imagen y la sensibilidad a pequeñas estructuras ha sido desarrollado por científicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. La técnica funciona en el mismo principio como difracción de rayos X, pero puede grabar estructura de una sola nanoestructura o macromolécula.
La determinación de la estructura de los materiales - tales como cristales de proteínas - se lleva a cabo actualmente utilizando difracción de rayos X. Sin embargo, muchas pequeñas estructuras utilizadas en nanotecnología no han sido accesibles a la cristalografía, por lo que se desconocen sus estructuras.
"La naturaleza está llena de objetos que no pueden ser fácilmente cristalizados, incluyendo muchas proteínas y objetos de tamaño nanométrico que carecen de una estructura periódica", dijo Jian-Min (Jim) Zuo, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en Illinois y autor de un papel que aparezca en la edición del 30 de mayo de la revista Science. "Nuestra técnica tiene el potencial de imagen nanoestructuras no periódicas, incluyendo macromoléculas biológicas, a resolución atómica."
Para demostrar la eficacia de su técnica de imagen, Zuo y sus colegas registran y procesan el patrón de difracción de un nanotubo de carbono de doble pared.
"Los nanotubos de carbono son de especial interés debido a las propiedades mecánicas y eléctricas de un nanotubo dependen de su estructura", dijo Zuo, quien también es investigador en el Laboratorio de Investigación de Materiales Seitz Frederick en el campus de Illinois. "Sin embargo, sólo la capa más externa de un nanotubo de carbono ha sido fotografiada por microscopía de efecto túnel con resolución atómica."
Debido carbono posee pocos electrones, la dispersión de un haz de electrones es inherentemente débil y por lo general resulta en una imagen con bajo contraste y baja resolución, dijo Zuo. Imaging átomos de carbono ha sido un reto especial.
"Mientras que los microscopios electrónicos convencionales pueden lograr un angstrom resolución approaching1 para muchos materiales", dijo Zuo, "el límite de resolución de carbono en nanotubos está a sólo 3 angstroms."
Para una imagen de nanotubos de carbono de doble pared, los investigadores seleccionaron primero un objetivo único nanotubo en un microscopio electrónico de transmisión. Entonces se iluminan el nanotubo con un estrecho haz de electrones sobre 50 nanómetros de diámetro. Después de registrar el patrón de difracción, que utiliza una técnica de sobremuestreo y el proceso iterativo para recuperar la información de fase y construir una imagen con una resolución de 1 angstrom.
"Dado que este proceso no utiliza una lente para formar la imagen, la resolución no está limitada por la aberración del objetivo", dijo Zuo. "Aberración objetivo es el factor que ha estado limitando la resolución de los mejores microscopios electrónicos. Es como el desenfoque cuando se mira a través de la parte inferior de una botella de vino ".
La complejidad de la imagen nanotubo fue sorprendente, dijo Zuo. "El nanotubo de pared doble se compone de dos nanotubos concéntricos de diferentes ángulos helicoidales. Como dos tornillos con diferente paso, a veces las estructuras de nanotubos alineados y otras veces no. Esto resulta en un patrón complicado de ambos coincidencias accidentales y desajustes ".
La capacidad de generar imágenes de los patrones de difracción de nanoescala ofrece una manera de determinar la estructura de los objetos no periódicas, de nanoestructuras inorgánicas a macromoléculas biológicas, al igual que de difracción de rayos X hace por cristales, dijo Zuo. "Desde la difracción es un método estándar para determinar la estructura, nuestra técnica de difracción de electrones nanoarea abre una puerta al estudio de la estructura de las moléculas individuales y altamente irregulares y nanoestructuras como los cúmulos y los cables."
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