Nature Communications publicó el pasado 15 de febrero el artículo que recoge los resultados de la investigación llevada a cabo por los investigadores de Nanogune, Ikerbasque, Cidetec y el Robert Koch Institut de Berlín.
Una nueva dimensión en la nanoimagen química
Un objetivo primordial en la ciencia de materiales, la biomedicina o la nanotecnología, es el mapeo compositivo no invasivo de materiales con resolución espacial a escala nanométrica. Aunque existen diversas técnicas de formación de imágenes de alta resolución (por ejemplo, microscopía electrónica o de sonda de barrido). no pueden satisfacer la creciente demanda de la investigación, el desarrollo y la industria de disponer simultáneamente de técnicas no invasivasy de la más alta sensibilidad química.
El análisis químico a nanoescala se ha vuelto posible recientemente a través de la espectroscopía nano-FTIR, una técnica óptica que combina la microscopía óptica de campo cercano (s-SNOM) y la espectroscopía infrarroja de transformada de Fourier (FTIR). Mediante la iluminación de la punta metalizada de un microscopio de fuerza atómica (AFM) con un láser infrarrojo de banda ancha o un sincrotrón, y analizando la luz retrodispersada con un espectrómetro de Fourier expresamente diseñado para ello, se ha conseguido espectroscopía infrarroja con una resolución espacial inferior a 20 nm. Sin embargo, debido a los largos tiempos de adquisición, sólo se pueden obtener espectros de puntos o adquisiciones lineales que comprenden no más de unas pocas decenas de espectros nano-FTIR en muestras orgánicas.
Ahora, investigadores de nanoGUNE (San Sebastián), Ikerbasque (Bilbao), Cidetec (San Sebastián, España) y el Instituto Robert Koch (Berlín, Alemania) han desarrollado la nanoimagen infrarroja hiperespectral. La técnica permite grabar en pocas horas, tramas bidimensionales de varios miles de espectros nano-FTIR -normalmente conocidos como cubos de datos hiperespectrales- y conseguir una resolución espacial y de precisión inferior a 30 nm.
“La excelente calidad de los datos permite extraer información química y estructural a nivel de nanoescala mediante la aplicación de procedimientos de análisis de datos multivariante, que son técnicas estadísticas que usan la información espectroscópica completa disponible en cada píxel”, dice Iban Amenabar, primer autor de la obra. Por ejemplo, la identificación y la cartografía en 2D de los componentes objetivo pueden hacerse basándose en bases de datos FTIR ampliamente disponibles. Incluso sin ninguna información previa sobre la muestra y sus componentes, los píxeles con espectros de infrarrojos similares pueden ser agrupados automáticamente mediante el análisis de clúster jerárquico. Recreando una mezcla de polímeros de tres componentes y aplicando un análisis multivariante, los investigadores obtuvieron mapas químicos que no sólo revelan la distribución espacial de los componentes individuales sino también anomalías espectrales que fueron explicadas por la interacción química local.
Para sus experimentos, los investigadores usaron el sistema comercial nano-FTIR de Neaspec GmbH, incluyendo un láser infrarrojo medio continuo que cubre el espectro infrarrojo medio de 1000 a 1900 cm-1. El análisis multivariante de los datos hiperespectrales se realizó con la herramienta de software CytoSpec, que fue desarrollada por el coautor Peter Lasch.
“Con el rápido desarrollo de láseres de infrarrojo medio de alto rendimiento y mediante la aplicación de estrategias avanzadas de reducción de ruido, obtenemos la nanoimagen infrarroja hiperespectral de alta calidad en pocos minutos”, concluye Rainer Hillenbrand, quien dirigió el trabajo. “Vemos un gran potencial de aplicación en diversos campos de la ciencia y la tecnología, incluyendo el mapeo químico de compuestos poliméricos, productos farmacéuticos, materiales nanocompuestos orgánicos e inorgánicos o imágenes biomédicas”, añade.
Articulo original
I. Amenabar, S. Poly, M. Goikoetxea, W. Nuansing, P. Lasch, and R. Hillenbrand, Hyperspectral infrared nanoimaging of organic samples based on Fourier transform infrared nanospectroscopy, Nat. Commun. 8:14402 doi: 10.1038/ncomms14402 (2017)
