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2021-01-18未來電子顯微鏡可看見奈米尺度化學反應過程
469 期
Author 作者
陳亭瑋
未來的電子顯微鏡，將能夠讓科學家親眼觀察奈米材料的合成過程。（123RF）
電子顯微鏡技術有了新的進展，新發表的「可變溫液態臨場穿透式電子顯微鏡」（variable-temperature liquid-cell transmission electron microscopy, VC-LCTEM）可用於觀測進行中的化學反應，讓科學家一窺智慧材料在奈米尺度下的形成。
這個研究去（2020）年12月22日發表於期刊《物質》（Matter），由國際奈米技術研究所（International Institute for Nanotechnology）副所長、西北大學（Northwestern University）吉阿內斯基（Nathan Gianneschi），與佛羅里達大學（University of Florida）蘇莫林（Brent Sumerlin）共同主持。
分散聚合反應（ d i s p e r s i o n polymerization）常用於量產藥物、化妝品等領域，並用以產生特殊的奈米材料（nanomaterials）。這類材料有很大的應用潛力，如在醫學上作為「智能」藥物的基礎，可以設計在進入特定的細胞或條件下才釋出治療的化學分子。但擴大這類材料的生產，一直存在相當難度，尤其是過去無法直接觀察化學反應進行，缺乏對中間過程的了解。
穿透式電子顯微鏡（transmission electron microscopy, TEM）影像解析度可達次奈米級（sub-nanometer），但是主要適用於冷凍樣品的觀察，難以應用於化學反應。本次發表的新技術「VC-LCTEM」，應用TEM， 將原料封入液態樣品槽（liquid cell）中，保護材料不受顯微鏡內部真空的影響。此外，使用的化學原料應用了技術「聚合誘導自組裝」（polymerization-induced self-assembly, PISA），設計對於溫度變化敏感，因此自組裝反應將在達到設定的溫度時才開始進行。液態樣品槽裝置在有加熱元件的矽晶片上，當完成顯微鏡設置，就可以提高液態樣品槽的溫度，引發聚合反應進行，並以顯微鏡全程記錄。
「我們的方法可將奈米層級的聚合反應即時視覺化呈現，這是以前從未做到的。」吉阿內斯基於西北大學的新聞稿上表示「未來通過加入機器學習演算法解析影像，持續完善提高解析度，將增進對於奈米尺度下聚合反應的了解，以設計具環境或藥品應用潛力的奈米材料。
新聞來源
1. New electron microscopy technique offers first look at previously hidden processes.Science News, 2020/12/22.
2. New electron microscopy technique offers first look at previously hidden processes.Northwestern Now, 2020/12/22.
3. Georg M. Scheutz et al., Probing Thermoresponsive Polymerization-Induced Self-Assembly with Variable-Temperature Liquid-Cell Transmission Electron Microscopy. Matter, 2020.