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Usan dos capas de grafeno para atrapar bolsillos de disoluciones líquidas que pueden ser observadas en tiempo real con microscopía electrónica sin preocuparse por el vacío.

Nanocristales de platino se fusionan dentro de la disolución. Fuente: KAIST.

Si queremos ver lo que pasa a escala microscópica podemos usar un microscopio óptico. Pero el límite de resolución de uno de esos instrumentos depende de la longitud de onda empleada, pues no podemos ver objetos que sean más pequeños que esa longitud de onda. Aunque se han inventado dispositivos para empujar ese límite usando ciertos trucos, la realidad es que la solución habitual es la de usar un microscopio electrónico que emplea un haz de electrones en lugar de una haz de luz para observar las muestras.
En lugar de lentes ópticas en un microscopio electrónico se usan lentes magnéticas. Como la longitud de onda asociada a los electrones es mucho menor (inversamente proporcional a su velocidad) que la longitud de onda visible es posible ver objetos muy pequeños como virus, moléculas o incluso átomos.
Pero en uso de uno de estos dispositivos está limitado cuando queremos ver qué es lo que pasa en un medio líquido. El agua se sublima al instante en la cámara de vacío de un microscopio electrónico y no es posible ver el crecimiento de nanocristales en directo o ver una proteína en su estado natural.
Para solventar este problema a menudo se usan cápsulas de material sólido hechas de nitruro de silicio o cuarzo. Estas cápsulas impiden la evaporación, pero tienen un grosor de 25 a 100 nm, demasiado grosor para algunos estudios, pues los electrones se difunden y se pierde resolución.
Ahora unos científicos del Lawrence Berkeley National Laboratory y del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea parece que se han encontrado una solución a este problema gracias al uso de grafeno.

El grafeno es el material de moda, la solución en busca de problemas que todo científico de materiales trata de aplicar. Se trata simplemente de las capas de átomos carbono dispuestos en red hexagonal que componen en grafito. Hace unos siete años que se “descubrió” usando un método tan rudimentario como una cinta de plástico adhesivo. Desde entonces se han descubierto sorprendentes propiedades mecánicas, eléctricas y electrónicas en este material. El grafeno es impermeable, fuerte y químicamente poco reactivo.
En este caso usan dos capas de grafeno (que tiene sólo un átomo de grosor) para atrapar bolsillos de disolución en donde ocurra algo interesante. El haz de electrones puede atravesar sin problemas el grafeno, que no se difundan en exceso y permitir que se puedan enfocar imágenes en el interior del bolsillo. A la vez, la capa de grafeno impide la evaporación del líquido en el vacío.
En este caso han analizado cómo crecen dentro de este tipo de cápsulas nanocristales de platino. Han podido ver cómo se produce la nucleación y crecimiento de estos cristales a la escala del ángstrom, descubriendo por el camino estadios inesperados en este proceso. Han podido ver cómo se nuclean y agregan. Estos nanocristales pueden colisionar aleatoriamente con otros de distinto tamaño y formar uno nuevo más grande independientemente de los tamaños y las trayectorias seguidas. En particular han podido comprobar que los nanocristales frecuentemente se fusionan a lo largo de la misma dirección cristalográfica y modifican su forma o forman facetas en sus superficies. Estos investigadores creen que el método se puede aplicar a otros tipos de nanocristales. También se podrían visualizar reacciones químicas “húmedas” en tiempo real.

Lo más interesante, si cabe, es que el método quizás se pueda aplicar al estudio de muestras biológicas. Una proteína fuera de su medio natural y desecada tiene una estructura distintas a la normal. Las células y otras muestras biológicas se deforman en los procesos de preparación antes de meterlas en un microscopio electrónico. Obviamente cualquier microorganismo muere en estos procesos de preparación, que necesariamente tienen que permitir que la muestra sea estable en condiciones de vacío.
Hasta ahora la otra alternativa para este tipo de muestras era la congelación. El único inconveniente de usar este nuevo método con muestras biológicas es que éstas pueden ser dañadas por el propio haz de electrones, pero los investigadores esperan poder usarlo si se tiene cuidado con los límites de aplicabilidad. No se sabe si los efectos de la radiación serán perores o mejores que con la congelación. Otros grupos de investigadores ya han jugado con el grafeno como envoltorio para muestras biológicas en microscopía con resultados prometedores.
Quizás dentro de poco podamos ver en tiempo real cómo opera un bacteriófago sobre la membrana de una bacteria mientras que ésta esta aún viva.
Lo importante de este tipo de descubrimientos no es el descubrimiento en sí, sino todos los descubrimientos que la nueva técnica permitirá hacer en el futuro.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Noticia en Scientific American.
Artículo original.
Dibujo: Alivisatos, Lee and Zettl research groups, Lawrence Berkeley National Laboratory and KAIST.