Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Centrum SOLARIS

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Lista publikacji naukowych

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Orientujesz się? Obrazowanie drgań poniżej limitu dyfrakcji ujawnia kąty 3D makrocząsteczek

Orientujesz się? Obrazowanie drgań poniżej limitu dyfrakcji ujawnia kąty 3D makrocząsteczek

Przełomowe badania pozwalające na stworzenie trójwymiarowych map orientacji wiązań w próbce zostały opublikowane przez zespół badawczy przy linii CIRI w prestiżowym czasopiśmie JACS. Dogłębna charakterystyka próbki, przy jednoczesnym nie niszczeniu preparatu, ma kluczowe znaczenia dla badań z dziedziny materiałoznawstwa czy nauk przyrodniczych i pozwoli na wyciąganie wcześniej nieosiągalnych informacji ze złożonych układów.

Jeśli z pospolitego izolatora jesteśmy w stanie uzyskać przewodnik cieplny dzięki zmianie orientacji cząstek w badanym materiale, czy badania nad poznaniem i wizualizacją przestrzenną makromolekuł nie są kluczową informacją dla zrozumienia układu? To pytanie zadali sobie naukowcy z NCPS SOLARIS i wykorzystując znane techniki zastosowali niestandardową analizę matematyczną do tego typu danych dzięki czemu udało im się przekroczyć granice techniki i uzyskać wysokiej rozdzielczości obrazy wizualizujące orientacje przestrzenną molekuł w badanym polimerze sferulitu.

Spektroskopia w podczerwieni (IR) pozwala na uzyskanie bogatych informacji na temat badanej próbki bez niszczenia jej czy wykorzystywania barwienia próbki. Technika ta od lat z powodzeniem stosowana jest w wielu dziedzinach nauki, a kluczowa jest w dziedzinach badań nad nowymi materiałami. Naukowcy z Synchrotronu SOLARIS, pod kierownictwem dr hab. Tomasza Wróbla, po raz pierwszy zastosowali tzw. Analizę równoczesną (4P-3D) do danych spektromikroskopowych w podczerwieni. Dzięki temu uzyskali oni informację o kątach orientacji makromolekuł w próbce sferulitu polikaprolaktonu. Okazało się to możliwe dzięki jednoczesnej analizie dwóch pasm o mniej więcej prostopadłych orientacjach momentu przejścia mierzonych przy 4 różnych polaryzacjach liniowych.

Ustrukturyzowanie materiału obok składu chemicznego, jest podstawową informacją, jaką chcemy uzyskać o badanym materiale” – mówi dr hab. Tomasz Wróbel (SOLARIS). „Wpływa na właściwości mechaniczne (rozciąganie, pękanie), chemiczne, fizykochemię powierzchni, przewodnictwo, dyfuzję np. leku przez tkankę i wiele innych. Jest to cała masa różnych właściwości próbki i niezbędne nam są narzędzia do ich badania i wyznaczania”.

Do tej pory możliwe były badania orientacji wiązań w badanym materiale, ale tylko do pewnego stopnia, np. na dużych obszarach, w cienkich warstwach materiałów czy przy użyciu tomografii. Dzięki najnowszemu odkryciu możliwe jest uzyskanie wysokorozdzielczego obrazu 3D i co ważne, bez niszczenia badanego materiału oraz bez użycia dodatkowych barwników czy znakowania.

Ponadto pokazujemy, że metoda ta może być zastosowana do wysokorozdzielczego (ograniczonego limitem dyfrakcji) obrazowania FT-IR i ramanowskiego, a nawet do superrozdzielczego obrazowania O-PTIR.” – podkreśla Paulina Kozioł (CIRI, SOLARIS) pierwszy autor publikacji. Pomiary O-PTIR udało się wykonać w synchrotronie SOLEIL dzięki współpracy z dr Ferenc Borondics.

Przestrzenne, nieniszczące badania orientacji będą miały głęboki wpływ na materiały i nauki przyrodnicze jako metoda wydobywania wcześniej nieosiągalnych informacji ze złożonych układów w skali nanometrycznej. Już teraz wiemy, że wydajność ogniw słonecznych zależy od orientacji i uporządkowania polimerów wewnątrz. Takie badania podstawowe przybliżają nas do bardziej wydajnych i ekologicznych rozwiązań technicznych.

Link do publikacji:

Super-Resolved 3D Mapping of Molecular Orientation Using Vibrational Techniques
Paulina Koziol, Karolina Kosowska, Danuta Liberda, Ferenc Borondics, Tomasz P. Wrobel
Journal of the American Chemical Society, 2022, https://doi.org/10.1021/jacs.2c05306

sferulit - schemat

Rycina 2 z publikacji (https://doi.org/10.1021/jacs.2c05306) przedstawia schemat hierarchicznej modelowej struktury sferulitu polikaprolaktonu. 

 

Badania były finansowane z grantu NCN Sonata – nr 2018/31/D/ST4/01833.

Polecamy również
Kontrola odkształceń nad stopniem swobody doliny

Kontrola odkształceń nad stopniem swobody doliny

Związek struktury szkieletów poliuretanów z właściwościami strukturalnymi i nadprzewodzącymi pianek Y-123

Związek struktury szkieletów poliuretanów z właściwościami strukturalnymi i nadprzewodzącymi pianek Y-123

Wpływ implantacji jonów Ne<sup>+</sup> 250 keV na parametry krytyczne kompozytowych taśm 2G HTS

Wpływ implantacji jonów Ne+ 250 keV na parametry krytyczne kompozytowych taśm 2G HTS

Szczególna rola magnetycznych jonów Ni w strukturze elektronowej

Szczególna rola magnetycznych jonów Ni w strukturze elektronowej