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具有双重功能的新型显微镜支持多种研究

DNA的单链。一团空气中的有毒污染物。无价艺术品的油漆样品。火星陨石的薄片。这只是科学家能够用这种新显微镜(确切地说是原子力拉曼显微镜)检查的东西的一部分,该显微镜现在位于特拉华大学的Lammot du Pont实验室。

研究,奖学金和创新副总裁Charles G. Riordan表示:“ UD很高兴将这一重要而先进的新工具添加到我们用于高分辨率检查材料的仪器套件中。” “有了这种能力,UD的教职员工,学生和员工将能够在从工程学到物理科学再到艺术保护等广泛领域推动研究和教育。”

具有双重功能的新型显微镜支持多种研究

新型显微镜将帮助研究人员走到他们以前无法做到的地方。以前的示波器只是没有这种示波器具有的超高分辨率和化学发现能力。

化学和生物化学教授卡尔·布斯(Karl Booksh)表示:“这种显微镜可以让科学家看到比人的头发小一万倍的物体,而且还可以提供有关材料表面及其化学性质的详细信息。” UD向美国国家科学基金会的成功提议。NSF从其主要研究仪器和化学研究仪器计划以及既定计划刺激竞争性研究(EPSCoR)获得了558,228美元的赠款。UD研究办公室还帮助支持了仪器的成本,该仪器是从分析和科学测量系统的领先提供商Horiba购买的。

这项新工具是“科学的Twofer”,将两个显微镜合二为一。拉曼显微镜以已故印度物理学家和诺贝尔奖获得者Chandrashekhara Venkata Raman爵士的名字命名,它用激光扫描样品,并与感兴趣分子的振动相互作用,使光散射。这些光图案充当“指纹”,用于识别分子并研究其化学键和与其他分子的相互作用程度。

Rachel McCormick(左二)为博士生Devon Haugh(左)和Wofford College本科生Savannah Talledo提供了有关如何使用新显微镜的培训,正如Karl Booksh教授所看的那样。图片来源:特拉华大学

原子力显微镜使用小型探针扫描样品,该探针可产生有关表面的信息,例如表面形貌,硬度,电和热性能。这种探针以金为笔尖,几乎是“原子尖锐的”,这意味着它实际上能够检测到单个原子。

将这两种技术结合在一个显微镜中可同时提供大量信息。对于整个大学,行业合作者以及温特图尔博物馆等合作机构的大量研究而言,这一点很重要。

发挥作用

在2019年夏季,博士研究生德文·霍(Devon Haugh)和沃夫福德学院的学生萨凡纳·塔勒多(Savannah Talledo)参加了美国国家科学基金会(NSF)资助的UD科学与工程领导计划,他使用新显微镜研究了空气污染物。车辆尾气中的微小气体颗粒和燃煤产生的烟尘会加剧气候变化,并增加哮喘,肺病,心脏病和其他健康问题的风险。显微镜有助于确定空气中颗粒的酸度,这会影响它们在大气中的生长速度。

领导该项目的化学和生物化学教授默里·约翰逊说:“了解酸度可以帮助我们改善对空气中颗粒物如何影响人类健康和气候的预测。” “在传统的实验室中,酸度是用pH计测量的。但是,这种方法不适用于亚微米级规模的气载颗粒,因此需要诸如拉曼探针的新测量方法。”

来自火星的陨石标本在交叉偏振光下的放大视图。用UD的新原子力拉曼显微镜拍摄的图像。图片来源:特拉华大学

霍夫很高兴能够使用新乐器进行工作。

她说:“我关心我们环境的健康。” “这个项目使我能够为更好地理解和保护它做出贡献。”

温特图尔(Winterthur)科学研究与分析实验室的专家将把显微镜聚焦于博物馆的珍贵历史纺织品收藏以及18和19世纪的中国出口画作,该博物馆的助理教授兼共同研究员JocelynAlcántara-García表示。赠款。19世纪上半叶,随着中国港口的开放,对外贸易激增,大量西方合成化学颜料被进口到中国。不久之后,这些人造颜料就取代了中国画家传统上在其艺术品中使用的矿物和植物颜料,从水彩画到反面漆玻璃。新的显微镜将帮助保护科学家更好地了解这一过渡时期。

Alcántara-García说,她将使用该仪器来了解用于在历史悠久的纺织品中固色的固定剂,这将有助于纺织品保护者和其他博物馆专业人士确定降解机理和潜在的干预措施。

消炎痛是一种消炎药,通常用于治疗与关节炎和滑囊炎相关的疼痛,肿胀和僵硬。用UD的新原子力拉曼显微镜拍摄的图像。图片来源:特拉华大学

解决地球和火星上的挑战

现在,关于这些陨石……从十年前他加入UD系开始的合作中,Booksh正在与默克公司资深科学家Joseph P. Smith 以及玛丽埃塔学院教授Frank Smith 一起工作,后者获得了UD的分析化学博士学位。,他在UD获得了地质学博士学位,他通过月球,火星和小行星陨石提供的线索来解开行星的一些秘密。样品是从美国宇航局的约翰逊航天中心和史密森尼学会获得的权威授权。

研究小组的主要兴趣是这些岩石的化学成分和性质,其中包含“撞击袋”,这些撞击袋是由撞击地面时发生的所有破裂和熔化产生的。他们的化学性质可以帮助揭示其本国行星的地质和大气层。史密斯说,这项工作还可以帮助在美国宇航局和欧洲航天局的2020年火星探测器中寻找火星上的生命。

史密斯说:“美国国家航空航天局(NASA)和欧洲航天局(ESA)探测器都将首次配备拉曼光谱仪,以帮助表征火星表面材料。” “因此,我们研究陨石的工作可能会通过开发最佳的数据收集和分析方法来帮助增强对火星生命的搜索。”

Booksh和Smith也在研究地球上其他有趣的问题-作为默克公司(Merck&Co. Inc.)和UD项目的合作者,重点是制药应用。该团队将研究药物开发中的多态性-固体以两种或更多种结晶形式存在的能力,每种结晶形式具有非常不同的物理和化学性质。多晶型物是制药行业特别关注的,因为这些形式之一可能是有毒的,并且超过50%的活性药物成分具有一种以上的多晶型物。

史密斯说:“我们希望开发下一代分析技术,以帮助解决制药业面临的这些复杂挑战。”

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