作者:马克·海登，西北大学 虚拟电子-随机出现在电子附近的正电子对的示意图(左下角)
信用:RJHall/维基百科 西北大学的研究人员开发了一种新的显微镜方法，使科学家能够看到纳米尺度上形成的“智能”材料的组成部分
这一化学过程将改变清洁水和药品的未来，人们将首次能够看到这一过程的实施
西北大学的内森·吉纳斯基说:“我们的方法使我们能够在纳米尺度上实时观察这类聚合反应，这是前所未有的。”
“我们现在有能力看到反应的发生，看到这些纳米结构的形成，并学会如何利用它们所能做的不可思议的事情
" 这项研究发表在今天(12月16日)
22)在《物质》杂志上
这篇论文是国际纳米技术研究所的副主任、温伯格文理学院的雅各布和罗莎琳德·科恩化学教授，以及佛罗里达大学文理学院的乔治和约瑟芬·巴特勒高分子化学教授布伦特·苏梅林合作的成果
分散聚合是一种常用的科学方法，用于制造药物、化妆品、乳胶和其他物品，通常是工业规模
在纳米尺度上，聚合可以用来制造具有独特和有价值特性的纳米粒子
这些纳米材料对环境有很大的希望，它们可以用来吸收漏油或其他污染物，而不会伤害海洋生物
在医学上，作为“智能”药物输送系统的基础，它可以被设计成在特定条件下进入人体细胞并释放治疗分子
在扩大这些材料的生产方面存在困难
最初，生产受到创建和激活它们所需的耗时过程的阻碍
一种被称为聚合诱导自组装(PISA)的技术结合了步骤和节省时间，但是在这个过程中分子的行为被证明很难预测，原因很简单:科学家无法观察到实际发生了什么
纳米级的反应太小，肉眼看不到
传统的成像方法只能捕捉聚合的最终结果，而不能捕捉聚合发生的过程
科学家们试图通过在过程中的不同点采集样本并进行分析来解决这个问题，但仅使用快照无法讲述整个过程中发生的化学和物理变化的全部故事
“这就像把一场足球比赛的几张照片与整个比赛的视频中包含的信息进行比较，”吉安尼奇说
“如果你了解一种化学物质形成的途径，如果你能看到它是如何发生的，那么你就能学会如何加速它，你就能知道如何扰乱这个过程，从而获得不同的效果
" 透射电子显微镜能够以亚纳米分辨率拍摄图像，但它通常用于冷冻样品，也不能处理化学反应
用透射电子显微镜，电子束通过真空射向目标；通过研究从另一边出来的电子，图像可以被显影
然而，图像的质量取决于光束发射了多少电子——发射太多电子会影响化学反应的结果
换句话说，这是一个观察者效应的例子——观察自组装可能会改变甚至破坏自组装
你最终得到的和你没有看时得到的是不同的
为了解决这个问题，研究人员将纳米级聚合物材料插入一个封闭的液体池中，以保护材料免受电子显微镜内部真空的影响
这些材料被设计成能对温度的变化做出反应，因此当液体电池内部达到设定温度时，自组装就会开始
液体电池被封装在一个硅片中，硅片上有小而强大的电极作为加热元件
芯片中嵌入了一个200×50纳米大小的小窗口，可以让低能光束通过液体电池
随着芯片插入电子显微镜的支架，液体池内的温度升高到60℃，开始自组装
通过这个小窗口，可以记录嵌段共聚物的行为和形成过程
当这个过程完成后，吉安尼奇的团队测试了最终的纳米材料，发现它们与液体细胞外产生的类似纳米材料相同
这证实了这种技术——他们称之为变温液体池透射电子显微镜——可以用来理解纳米聚合过程，因为它发生在普通条件下
特别感兴趣的是聚合过程中产生的形状
在不同阶段，纳米粒子可能类似球体、蠕虫或水母——每一种都赋予纳米材料不同的特性
通过了解自我组装过程中发生的事情，研究人员可以开始开发诱导特定形状并调整其效果的方法
苏美尔林说:“这些错综复杂、定义明确的纳米粒子随着时间的推移而演变，随着它们的生长而形成，然后变形。”
“令人难以置信的是，我们能够实时看到这些转变是如何以及何时发生的
" 吉安尼奇认为，从这项技术中获得的见解将为自组织软物质材料的开发和表征以及化学以外的科学学科带来前所未有的可能性
“我们认为这可以成为一个在结构生物学和材料科学中也很有用的工具，”吉安尼奇说
“通过将它与机器学习算法相结合来分析图像，并继续改进和提高分辨率，我们将拥有一种技术，可以提高我们对纳米尺度聚合的理解，并指导纳米材料的设计，从而有可能改变医学和环境
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
