Sử dụng kính hiển vi tia X để mô tả các vật liệu polymer mới

Các nhà nghiên cứu tạo ra các sợi tương tự như tơ nhện

Tơ nhện đã cho chúng ta thấy rằng trong tự nhiên có thể có các sinh vật tạo ra một vật liệu vừa mạnh mẽ vừa cứng rắn. Một loại vật liệu như vậy có thể có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như y sinh học, công nghệ vệ tinh, dệt may, máy bay và ô tô, nhưng các nhà khoa học rất khó tạo ra chúng trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu ở Đức, Thụy Sĩ và Trung Quốc gần đây đã xuất bản một bài báo trên tạp chí Science cho thấy sự tổng hợp thành công các sợi mạnh và cứng tương tự. Họ đã sử dụng cả kính hiển vi điện tử và tia X để mô tả hình thái của những "tơ nhện" tổng hợp mới này.

Carl Zeiss đã trao đổi với Tiến sĩ Juliana Martins de Souza e Silva tại Đại học Martin-Luther Halle-Wittenberg (trưởng nhóm hình ảnh tia X tại Chair Mikrostrukturbasiertes Materialdesign - mikroMD, một trong những tác giả của bài báo và cũng đã trực tiếp sử dụng kính hiển vi) về suy nghĩ của cô về nghiên cứu và kinh nghiệm sử dụng các công nghệ hình ảnh.

Tiến sĩ Juliana Martins de Souza e Silva

Dưới đây là nội dung cuộc trao đổi:

Trước đây bạn đã từng làm việc với kính hiển vi tia X chưa? Loại kính hiển vi này có mới đối với bạn không?

Tôi đã làm việc với kính hiển vi điện tử kể từ khi bắt đầu sự nghiệp của mình. Tôi đã làm việc với hình ảnh X-quang từ năm 2013 và với ZEISS Xradia Ultra 810 từ tháng 11 năm 2017.

Bạn có thể mô tả việc bạn sử dụng kính hiển vi tia X trong ấn phẩm này như thế nào không? Có điều gì bạn thấy đặc biệt thú vị hay khác biệt không?

Với kính hiển vi tia X, chúng tôi đã có thể mô tả hình thái của mẫu. Điều đặc biệt với kỹ thuật này và thiết bị mà chúng tôi có là chúng tôi có thể tạo ra một mô hình ảo ba chiều của các mẫu mà chúng tôi phân tích. Trong bài báo Khoa học, chúng tôi đã phân tích các sợi có độ bền cao, độ dẻo dai cao bằng kính hiển vi tia X. Sau đó, sử dụng phần mềm máy tính để thấy bên trong các sợi và các sợi riêng lẻ tạo nên từng sợi. Chúng tôi cũng sử dụng hình ảnh ba chiều của các sợi để tính toán một tham số toán học mô tả tổ chức các sợi tơ.

Sử dụng kính hiển vi tia X để mô tả các sợi mới, được gọi là sợi yarns. Ảnh bên trái: Tái tạo thể tích một phần của sợi; Ảnh trung tâm: một vài sợi từ một sợi yarn; Ảnh bên phải: một cái nhìn gần hơn bên trong một sợi.

Làm thế nào để công việc này phù hợp với mục tiêu nghiên cứu tổng thể của phòng thí nghiệm của bạn? Các bước tiếp theo của bạn là gì?

Hình ảnh tia X là phần quan trọng trong công việc của nhóm chúng tôi. Chúng tôi đã sử dụng kính hiển vi tia X để mô tả các mẫu khác nhau và cũng để ước tính các thông số cấu trúc bằng cách sử dụng phần mềm phân tích. Từ những hình ảnh ba chiều đó, chúng tôi đã mô tả các sợi polymer, sợi protein, vật liệu xốp, chất xúc tác và thuốc, để trích dẫn một vài ví dụ. Trong tương lai, chúng tôi muốn sử dụng kính hiển vi tia X để phát triển các phương pháp mới để phân tích các mẫu sinh học.

Giáo sư Ralf Wehrspohn, một tác giả khác của ấn phẩm và lãnh đạo của Chair Mikrostrukturbasiertes Materialdesign - mikroMD, Đại học Martin-Luther Halle-Wittenberg, trước kính hiển vi tia X ZEISS Xradia Ultra 810