En teknik til at karakterisere nanopartikler i suspenderede blandinger er blevet skabt af forskere i Østrig. Udviklet af Marko Simic og kolleger ved University of Graz, driver den nye teknik nanopartikler ind i spiralbaner med størrelsesafhængige hastigheder - hvilket gør det muligt at studere nanopartikler af forskellige størrelser separat. Denne nye tilgang kan føre til forbedringer i, hvordan nanopartikler behandles.
Nanopartikler bruges i en bred vifte af kommercielle produkter og industrielle processer, herunder kosmetik, papir, maling og lægemidler. Mange af disse applikationer involverer suspendering af nanopartikler inde i en væske eller gel, og for at sikre den bedst mulige ydeevne af disse produkter er det vigtigt at kontrollere størrelsen af nanopartiklerne.
Dette kan gøres ved hjælp af dynamisk lysspredning - en teknik, der er afhængig af den tilfældige brownske bevægelse af nanopartikler i en væske. Brownsk bevægelse opstår, når en nanopartikel stødes af omgivende molekyler, og derfor er bevægelsen mere udtalt for mindre partikler. Den Brownske bevægelse afsløres ved at måle fluktuationer i lyset spredt af nanopartikelblandinger.
Slow motions
Mens denne teknik fungerer rimeligt godt for mindre nanopartikler, er større nanopartikler mindre påvirket af Brownsk bevægelse, så deres størrelser er langt sværere at overvåge. Derudover kan teknikken ikke karakterisere størrelse i realtid, hvilket er et stadig vigtigere krav til moderne fremstillingsprocesser.
Šimićs team har taget en ny tilgang, som det kalder optofluidic force induction (OF2i). Dette involverer pumpning af en nanopartikelblanding gennem en mikrofluidisk kanal i samme retning som en svagt fokuseret optisk hvirvel. Sidstnævnte er en laserstråle med en bølgefront, der snoer sig rundt i udbredelsesretningen som en proptrækker og bærer kredsløbsvinkelmomentum.
Partikler af forskellig størrelse accelereres til forskellige hastigheder af laserstrålen, hvilket giver en måde at karakterisere partikelstørrelsen i prøven. Men fordi partikler af forskellig størrelse bevæger sig med forskellige hastigheder, er partikelkollisioner almindelige - hvilket forringer hastighedsadskillelsen.
Snoet lys
Šimićs team løste dette problem ved at bruge snoet laserlys. Dette overfører vinkelmomentum til nanopartiklerne og driver dem ind i spiralformede baner. Partikler med forskellig masse følger forskellige baner, hvilket forhindrer kollisioner.
Atomer og molekyler danner hvirvelstråler
Simic og kolleger opdagede lyset spredt af de spiralformede nanopartikler ved hjælp af et mikroskop placeret under kanalen - så de kunne spore individuelle partiklers baner. Ud fra formerne af disse baner kunne de så bestemme hastighederne af de tilsvarende nanopartikler. Ved hjælp af denne information kunne de bestemme størrelsen af partiklerne i væsken i realtid.
Holdet testede opsætningen ved hjælp af polystyrennanopartikler med diametre mellem 200-900 nm. Disse størrelser er ud over mulighederne for dynamisk lysspredning. Ved at tilpasse deres teknik yderligere håber holdet, at OF2i også kan bruges til at måle andre nanopartikelegenskaber, herunder deres former og kemiske sammensætninger.
Indtil videre er det endnu usikkert, om OF2i vil virke til andre materialer end polystyren, og det vil være fokus for forskernes fremtidige forsøg. Men hvis deres teknik bevarer sin ydeevne for andre nanomaterialer, håber Šimić og kolleger, at den kan give et fleksibelt arbejdsbord til nanomaterialebehandling, der baner vejen for nye fremskridt på tværs af en bred vifte af applikationer.
Teknikken er beskrevet i Fysisk gennemgang anvendt.
