Alam mo ba ang daan patungong Berkeley, California? Ang mga siyentista ay nai-mapa ang mga hindi naka-map na landas na may mabibigat na elemento

Ang mga mananaliksik mula sa hinalinhan sa Berkeley Lab, ang UC Radiation Laboratory, ay natuklasan ang berkelium noong 1949 at california noong 1950. Ngayon, ang mga mananaliksik sa Berkeley Lab ay gumagamit ng mga tool na makabago sa Molecular Foundry upang mas maunawaan kung paano ang mga aktinide tulad ng berkelium at california can magamit upang mapabilis ang mga bagong aplikasyon sa gamot, enerhiya at seguridad. Kredito: Shutterstock / pare-pareho ang mga link

Ang mga mabibigat na elemento at isang talagang makapangyarihang mikroskopyo ay tumutulong sa mga siyentipiko na mapa ang mga hindi naka-chart na landas sa mga bagong materyales at therapies ng cancer.

Ang mga mabibigat na elemento na kilala bilang actinides ay mahalagang materyal para sa gamot, enerhiya at depensa ng estado. Ngunit kahit na ang mga unang actinide ay natuklasan ng mga siyentista sa Berkeley Laboratoryo higit sa 50 taon na ang nakakalipas, hindi pa rin namin masyadong nalalaman ang tungkol sa kanilang mga kemikal na katangian, sapagkat ang isang maliit na halaga lamang ng mga highly radioactive na elemento (o isotopes) na ito ay ginawa bawat taon; ang mga ito ay mahal; at ang kanilang pagiging aktibo sa radyo ay nagpapahirap sa kanila na hawakan at maiimbak nang ligtas.

Ngunit ang mga malalaking hadlang sa pagsasaliksik ng aktinide ay maaaring isang araw ay maging isang bagay ng nakaraan. Ang mga mananaliksik sa Kagawaran ng Enerhiya ng Estados Unidos na si Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) at UC Berkeley ay ipinakita kung paano ang nangungunang electron microscope sa mundo ay maaaring mag-imahe ng mga actinide na kasing liit ng isang nanogram (bilyon ng isang gramo) – maraming mga order ng lakas na mas maliit kaysa sa maginoo na mga diskarte. .

Ang kanilang mga natuklasan ay naiulat kamakailan lamang sa Kalikasan ng komunikasyon, at partikular na mahalaga sa kapwa may-akda na si Rebecca Abergel, na ang gawain sa mga chelating agents – metal – na nagbubuklod na mga molekula – ay humantong, bukod sa iba pang mga bagay, sa mga bagong pagsulong sa mga therapies sa cancer, medikal na imaging at mga countermeasure na medikal laban sa mga banta ng nukleyar. Si Abergel ay isang mananaliksik na namumuno sa programa ng Heavy Elemental Chemistry sa Division of Chemical Science sa Berkeley Lab at isang katulong na propesor ng engineering sa nukleyar sa UC Berkeley.

California

Itaas: (kaliwa) Isang patak ng solusyon na naglalaman ng californiaium sa isang transmission electron microscopy (TEM) grid; (kanan) imahe ng pag-scan ng electron microscopy (SEM) ng mga indibidwal na nanoparticle na naglalaman ng california. Ibaba: transmission electron microscopy (STEM) mga imahe ng mga mala-kristal na istraktura (kaliwa) Cf2O3 – mga asul na balangkas ng eskematiko ng mga haligi ng California; at (kanan) BkO2 – ang asul na diagram ay naglalarawan ng isang Berkelium lattice. Kredito: Andy Minor at Rebecca Abergel / Berkeley Lab

“Marami pa ring hindi nasasagot na mga katanungan tungkol sa bond ng kemikal sa aktinide series.” Sa ganitong makabagong teknolohiya, sa wakas ay nasisiyasat namin ang elektronikong istraktura ng mga aktinide compound, na magbibigay-daan sa amin upang mapabuti ang mga prinsipyo ng disenyo ng molekular para sa iba’t ibang mga system na may mga aplikasyon sa gamot, enerhiya at seguridad, “sabi ni Abergel.

“Ipinakita namin na maaari kang gumana nang may mas kaunting materyal – isang nanogram – at makakuha ng pareho, kung hindi mas mahusay, ng data nang hindi kinakailangang mamuhunan sa mga dalubhasang instrumento para sa mga radioactive material,” sabi ng co-author na si Andy Minor, director ng National Center para sa Electron Microscopy sa Berkeley Lab’s. Molecular Foundry at Propesor ng Materials Science and Engineering sa UC Berkeley.

Ang pagpapahintulot sa mga siyentista na gumana lamang sa isang nanogram ng isang sample na actinide ay makabuluhang mabawasan ang mataas na gastos ng mga eksperimento na isinagawa gamit ang mga nakaraang pamamaraan. Halimbawa, ang isang gramo ng berkelium actinide ay maaaring gastos ng pagbaba ng $ 27 milyon. Ang sample na actinide, na kung saan ay isang nanogram lamang, ay binabawasan din ang peligro ng pag-iilaw at ang peligro ng kontaminasyon, idinagdag ng Minor.

Sa isang hanay ng mga eksperimento sa TEAM 0.5 (Transmission Electron Aberration-corrected mikroskopyo), isang atomic resolution electron microscope sa Molecular Foundry, imaging ng mga mananaliksik ang mga indibidwal na atom ng berkelia at california upang maipakita kung gaano gaanong kulang ang materyal ng actinide na kinakailangan para sa kanilang diskarte.

Sa isa pang hanay ng mga eksperimento gamit ang mga diskarte ng EELS (electron energy loss spectroscopy) upang pag-aralan ang elektronikong istraktura ng isang materyal, nagulat ang mga syentista na obserbahan ang isang mahina na “orbital spinning” sa Berkelium, isang kababalaghan na maaaring makaapekto sa kung paano metal atomo nagbubuklod sa mga molekula. “Hindi pa ito naiulat dati,” sabi ng kapwa may-akda na si Peter Ercius, isang siyentista sa Molecular Foundry na nangangasiwa sa TEAM 0.5 microscope. “Ito ay tulad ng paghahanap ng karayom ​​sa isang haystack.” Nakakamangha ang nakikita namin. “

Inilalarawan ng co-author na si Alexander Müller ang pag-aaral sa interdisiplinaryong diskarte ng “team science” ng Berkeley Lab, na pinagsasama ang pinakamahusay na mga dalubhasa sa mundo sa electron microscopy, mabibigat na elemento ng kimika, engineering sa nukleyar at agham ng materyales.

“Dahil ang Berkeley Lab ay umaakit ng kamangha-manghang mga siyentista mula sa lahat ng disiplina, ang naturang interdisciplinary na pakikipagtulungan ay natural na dumating dito,” aniya. “Sa personal, nahanap ko ang aspektong ito na kapaki-pakinabang para sa proyektong ito.” At ngayon na ipinatupad namin ang pamamaraang ito, maaari naming sundin ang maraming mga bagong direksyon sa pagsasaliksik ng aktinide. “Si Müller ay isang kapwa postdoctoral sa Berkeley Lab Molecular Foundry at sa Department of Materials Science and Engineering sa UC Berkeley sa kanyang pag-aaral. Siya ay kasalukuyang nagtutulungan sa Munich, Alemanya, sa tanggapan ng Kearney, isang kumpanya ng pagkonsulta sa pamamahala ng internasyonal.

Kasama sa mga security protocol para sa pagsasaliksik ang paghahanda ng sample sa mga dalubhasang laboratoryo at maingat na pokus ng mga lugar ng trabaho. Dahil ang mga sample ay inihanda na may isang minimum na halaga (1-10 nanograms) ng bawat isotope, ang mga panganib ng kontaminasyon ng kagamitan ay nabawasan din, sinabi ng mga mananaliksik.

Inaasahan ng mga mananaliksik na gamitin ang kanilang diskarte upang siyasatin ang iba pang mga actinide, kabilang ang actinium, einsteinium at fermium.

“Ang mas maraming impormasyong makukuha natin mula sa mga maliliit na elemento ng radioactive na elemento, mas mahusay na magiging kagamitan tayo upang makabuo ng mga bagong materyales para sa radiation cancer therapy at iba pang mga kapaki-pakinabang na aplikasyon,” Minor said.

Sanggunian: “Paglalagay ng elektronikong istraktura sa Berkeley at California gamit ang nanosampling na diskarte ng electron microscopy” Alexander Müller, Gauthier J.-P. Deblonde, Peter Ercius, Steven E. Zeltmann, Rebecca J. Abergel at Andrew M. Minor, 11 Pebrero 2021, Kalikasan ng komunikasyon.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21189-1

Kasama sa mga kapwa may-akda ng papel na ito ang dating kapwa postdoctoral na Berkeley Lab na si Gauthier Deblonde (kapwa may-akda), ngayon ay isang mananaliksik sa Lawrence Livermore National Laboratory, at Steven Zeltmann, isang nagtapos na mag-aaral sa Kagawaran ng Materyal sa Agham at Engineering sa UC Berkeley.

Ang Molecular Foundry ay isang pasilidad ng gumagamit ng DOE Office of Science sa Berkeley Laboratory.

Ang mga nagsisimula na materyales ng berkelium-249 chloride at californiaium-249 ay ibinibigay ng isang isotope program sa loob ng Office of Science.

Ang gawaing ito ay suportado ng Opisina ng Agham ng Kagawaran ng Enerhiya ng Estados Unidos. Ang karagdagang pondo ay ibinigay ng STROBE Science and Technology Center ng National Science Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Bagong Milky Way Exterior Destroyers Bagong Sky Map ay Inilabas – Madilim na Mahalagang Mga Konsepto ay Maaaring Magbigay ng Bagong Eksperimento

Ang mga astronomo ay naglabas ng isang bagong celestial map ng Milky Way galaxy na pinakamalapit sa aming kalawakan. Kredito: NASA / JPL-Caltech...

Susunod na Generation Stable Pop-Up na Istraktura na inspirasyon ni Origami

Ni Harvard John A. Paulson School of Engineering at Applied Science Abril 22, 2021 Ang hindi masusunog na kanlungan na ito ay hindi natatakpan ng makapal...

Pinalitan ng DNA ang Y Chromosome na Nag-aambag ng Maikling Buhay na Buhay sa Mga Lipad ng Lalaki

Pagpapayaman ng Heterochromatin sa lahat ng mga chromosome. Immunofluorescence stain ng H3K9me3 sa male mitotic chromosome. Bar scale ay 50μm. Kredito:...

Pinapayagan ng mga polimer na kumakain ng polimer ang “biodegradable” na mga plastik na tunay na masusunog

Ang ginagamot na plastik (kaliwa) ay naghiwalay pagkatapos ng tatlong araw lamang sa karaniwang pag-aabono (kanan) at ganap na makalipas ang dalawang linggo. ...

Ang mga mananaliksik ng Yale ay lumilikha ng isang pandaigdigang mapa ng hindi natuklasang buhay

Kredito: Yale University Wala pang isang dekada matapos mailathala ang "Mapa ng Buhay", isang pandaigdigang database ng mga kilalang species sa buong mundo, ang mga...

Newsletter

Subscribe to stay updated.