DNA的單鏈。一團(tuán)空氣中的有毒污染物。無價藝術(shù)品的油漆樣品?；鹦请E石的薄片。這只是科學(xué)家能夠用這種新顯微鏡(確切地說是原子力拉曼顯微鏡)檢查的東西的一部分，該顯微鏡現(xiàn)在位于特拉華大學(xué)的Lammot du Pont實(shí)驗(yàn)室。

研究，獎學(xué)金和創(chuàng)新副總裁Charles G. Riordan表示：“ UD很高興將這一重要而先進(jìn)的新工具添加到我們用于高分辨率檢查材料的儀器套件中。” “有了這種能力，UD的教職員工，學(xué)生和員工將能夠在從工程學(xué)到物理科學(xué)再到藝術(shù)保護(hù)等廣泛領(lǐng)域推動研究和教育。”

新型顯微鏡將幫助研究人員走到他們以前無法做到的地方。以前的示波器只是沒有這種示波器具有的超高分辨率和化學(xué)發(fā)現(xiàn)能力。

化學(xué)和生物化學(xué)教授卡爾·布斯(Karl Booksh)表示：“這種顯微鏡可以讓科學(xué)家看到比人的頭發(fā)小一萬倍的物體，而且還可以提供有關(guān)材料表面及其化學(xué)性質(zhì)的詳細(xì)信息。” UD向美國國家科學(xué)基金會的成功提議。NSF從其主要研究儀器和化學(xué)研究儀器計劃以及既定計劃刺激競爭性研究(EPSCoR)獲得了558,228美元的贈款。UD研究辦公室還幫助支持了儀器的成本，該儀器是從分析和科學(xué)測量系統(tǒng)的領(lǐng)先提供商Horiba購買的。

這項新工具是“科學(xué)的Twofer”，將兩個顯微鏡合二為一。拉曼顯微鏡以已故印度物理學(xué)家和諾貝爾獎獲得者Chandrashekhara Venkata Raman爵士的名字命名，它用激光掃描樣品，并與感興趣分子的振動相互作用，使光散射。這些光圖案充當(dāng)“指紋”，用于識別分子并研究其化學(xué)鍵和與其他分子的相互作用程度。

Rachel McCormick(左二)為博士生Devon Haugh(左)和Wofford College本科生Savannah Talledo提供了有關(guān)如何使用新顯微鏡的培訓(xùn)，正如Karl Booksh教授所看的那樣。圖片來源：特拉華大學(xué)

原子力顯微鏡使用小型探針掃描樣品，該探針可產(chǎn)生有關(guān)表面的信息，例如表面形貌，硬度，電和熱性能。這種探針以金為筆尖，幾乎是“原子尖銳的”，這意味著它實(shí)際上能夠檢測到單個原子。

將這兩種技術(shù)結(jié)合在一個顯微鏡中可同時提供大量信息。對于整個大學(xué)，行業(yè)合作者以及溫特圖爾博物館等合作機(jī)構(gòu)的大量研究而言，這一點(diǎn)很重要。

發(fā)揮作用

在2019年夏季，博士研究生德文·霍(Devon Haugh)和沃夫福德學(xué)院的學(xué)生薩凡納·塔勒多(Savannah Talledo)參加了美國國家科學(xué)基金會(NSF)資助的UD科學(xué)與工程領(lǐng)導(dǎo)計劃，他使用新顯微鏡研究了空氣污染物。車輛尾氣中的微小氣體顆粒和燃煤產(chǎn)生的煙塵會加劇氣候變化，并增加哮喘，肺病，心臟病和其他健康問題的風(fēng)險。顯微鏡有助于確定空氣中顆粒的酸度，這會影響它們在大氣中的生長速度。

領(lǐng)導(dǎo)該項目的化學(xué)和生物化學(xué)教授默里·約翰遜說：“了解酸度可以幫助我們改善對空氣中顆粒物如何影響人類健康和氣候的預(yù)測。” “在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室中，酸度是用pH計測量的。但是，這種方法不適用于亞微米級規(guī)模的氣載顆粒，因此需要諸如拉曼探針的新測量方法。”

來自火星的隕石標(biāo)本在交叉偏振光下的放大視圖。用UD的新原子力拉曼顯微鏡拍攝的圖像。圖片來源：特拉華大學(xué)

霍夫很高興能夠使用新樂器進(jìn)行工作。

她說：“我關(guān)心我們環(huán)境的健康。” “這個項目使我能夠?yàn)楦玫乩斫夂捅Ｗo(hù)它做出貢獻(xiàn)。”

溫特圖爾(Winterthur)科學(xué)研究與分析實(shí)驗(yàn)室的專家將把顯微鏡聚焦于博物館的珍貴歷史紡織品收藏以及18和19世紀(jì)的中國出口畫作，該博物館的助理教授兼共同研究員JocelynAlcántara-García表示。贈款。19世紀(jì)上半葉，隨著中國港口的開放，對外貿(mào)易激增，大量西方合成化學(xué)顏料被進(jìn)口到中國。不久之后，這些人造顏料就取代了中國畫家傳統(tǒng)上在其藝術(shù)品中使用的礦物和植物顏料，從水彩畫到反面漆玻璃。新的顯微鏡將幫助保護(hù)科學(xué)家更好地了解這一過渡時期。

Alcántara-García說，她將使用該儀器來了解用于在歷史悠久的紡織品中固色的固定劑，這將有助于紡織品保護(hù)者和其他博物館專業(yè)人士確定降解機(jī)理和潛在的干預(yù)措施。

消炎痛是一種消炎藥，通常用于治療與關(guān)節(jié)炎和滑囊炎相關(guān)的疼痛，腫脹和僵硬。用UD的新原子力拉曼顯微鏡拍攝的圖像。圖片來源：特拉華大學(xué)

解決地球和火星上的挑戰(zhàn)

現(xiàn)在，關(guān)于這些隕石……從十年前他加入UD系開始的合作中，Booksh正在與默克公司資深科學(xué)家Joseph P. Smith 以及瑪麗埃塔學(xué)院教授Frank Smith 一起工作，后者獲得了UD的分析化學(xué)博士學(xué)位。，他在UD獲得了地質(zhì)學(xué)博士學(xué)位，他通過月球，火星和小行星隕石提供的線索來解開行星的一些秘密。樣品是從美國宇航局的約翰遜航天中心和史密森尼學(xué)會獲得的權(quán)威授權(quán)。

研究小組的主要興趣是這些巖石的化學(xué)成分和性質(zhì)，其中包含“撞擊袋”，這些撞擊袋是由撞擊地面時發(fā)生的所有破裂和熔化產(chǎn)生的。他們的化學(xué)性質(zhì)可以幫助揭示其本國行星的地質(zhì)和大氣層。史密斯說，這項工作還可以幫助在美國宇航局和歐洲航天局的2020年火星探測器中尋找火星上的生命。

史密斯說：“美國國家航空航天局(NASA)和歐洲航天局(ESA)探測器都將首次配備拉曼光譜儀，以幫助表征火星表面材料。” “因此，我們研究隕石的工作可能會通過開發(fā)最佳的數(shù)據(jù)收集和分析方法來幫助增強(qiáng)對火星生命的搜索。”

Booksh和Smith也在研究地球上其他有趣的問題-作為默克公司(Merck&Co. Inc.)和UD項目的合作者，重點(diǎn)是制藥應(yīng)用。該團(tuán)隊將研究藥物開發(fā)中的多態(tài)性-固體以兩種或更多種結(jié)晶形式存在的能力，每種結(jié)晶形式具有非常不同的物理和化學(xué)性質(zhì)。多晶型物是制藥行業(yè)特別關(guān)注的，因?yàn)檫@些形式之一可能是有毒的，并且超過50%的活性藥物成分具有一種以上的多晶型物。

史密斯說：“我們希望開發(fā)下一代分析技術(shù)，以幫助解決制藥業(yè)面臨的這些復(fù)雜挑戰(zhàn)。”