Gecorreleerde microscopie om structuren op nanoschaal te begrijpen
Verschillende microscopietechnieken combineren doet nadelen teniet.
Microscopie is in veel wetenschapsgebieden van enorm belang geweest. Hoewel elke nieuwe microscooptechniek nieuwe informatie verstrekt, hebben ze ook allemaal nadelen. Als een monster veel variatie bevat tussen moleculen of deeltjes, is het combineren en correleren van microscopietechnieken een goede manier om die nadelen op te vangen en tot een correcte interpretatie te komen. Promovendus Michael Beuwer van TU/e faculteit Applied Physics heeft gecorreleerde microscopie onderzocht om daarmee dimeren van gouden nanodeeltjes optisch en structureel te onderzoeken en zo structuur aan functie te verbinden. Hij promoveert hierop op 15 decemer.
Met optische microscopie is het makkelijk om bepaalde aspecten van nanodeeltjes te onderzoeken, zoals hun locatie, conformatie, oriëntatie en clustering. Maar omdat optische microscopie geen details onder de 250 nm laat zien, kunnen we er niet mee zien wat de echte structuur van een monster is. Met atoomkrachtmicroscopie (AFM) gaat er een heel scherpe punt over het monster, waardoor er een plaatje ontstaat van het hoogteprofiel. Door die structuurinformatie van AFM te combineren met de informatie uit optische beeldvorming kunnen we ons begrip van de nanostructuur verbeteren.
Gouden nanodeeltjes
In zijn promotie-onderzoek heeft Beuwer verschillende soorten zelfgeassembleerde nanostructuren onderzocht om de kracht van correlatieve microscopie te laten zien, waaronder dimeren van gouden nanodeeltjes. Gouden nanodeeltjes absorberen en verstrooien licht in sterke mate, bij een resonantiegolflengte (een kleur) die past bij hun grootte en vorm. Deze deeltjes zijn gevoelig voor veranderingen in hun omgeving, waardoor ze ingezet kunnen worden als sensors. Als ze bijvoorbeeld slechts een enkele molecuul binden, kan dat al gedetecteerd worden door de kleurverandering van het gouden nanodeeltje. Een gouden nanostaafje is het meest gevoelig aan de uiteinden. Daarom maakt het uit wáár iets bindt. De kleurverandering hangt af van meerdere factoren, dus is het niet mogelijk om de bindingslocatie af te leiden aan de optische metingen alleen. Maar door de optische veranderingen te combineren met AFM data kunnen we de kleur aan de bindingsplaats relateren. Deze informatie kan gebruikt worden om meer te leren over andere interessante moleculen, zoals eiwitten die bij bepaalde ziekten horen, of om plasmonische detectie te verbeteren.
GevoeligheID
Twee nanostaafjes samenbinden verbetert de gevoeligheid van een gouden nanodeeltje. Er ontstaat een gebied tussen de twee verbonden deeltjes met hoge gevoeligheid. Beuwer kon deze gevoeligheid bestuderen door simulaties met AFM-beelden te combineren en door de kleurverandering optisch te monitoren. Hij liet ook zien dat de theoretische verhoging van de gevoeligheid misschien niet heel bruikbaar is: de manier waarop de nanostaafjes aan elkaar zitten kan toegang tot het gebied met gevoeligheid blokkeren.
Beuwers onderzoek toont de kracht van correlatieve microscopie voor nanostructuren. Informatie over structuur en optische eigenschappen is beide nodig om systemen te begrijpen waar variatie tussen deeltjes of moleculen een belangrijke rol speelt. Beuwers onderzoeksresultaten banen een weg naar het bestuderen van structuur-functierelaties van andere nanostructuren.
Titel van de dissertatie: Correlative Microscopic Characterization of Nanoscale Assemblies at Interfaces. Promotor: Peter Zijlstra, Eindhoven University of Technology. Co-promotor: Menno W. J. Prins, Eindhoven University of Technology. Andere betrokken partijen: ICMS.