Μια τεχνική για τον χαρακτηρισμό νανοσωματιδίων σε αιωρούμενα μείγματα δημιούργησαν ερευνητές στην Αυστρία. Αναπτύχθηκε από Μάρκο Σίμιτς και συναδέλφους στο Πανεπιστήμιο του Γκρατς, η νέα τεχνική οδηγεί τα νανοσωματίδια σε σπειροειδείς τροχιές με ταχύτητες που εξαρτώνται από το μέγεθος – επιτρέποντας σε νανοσωματίδια διαφορετικών μεγεθών να μελετώνται χωριστά. Αυτή η νέα προσέγγιση θα μπορούσε να οδηγήσει σε βελτιώσεις στον τρόπο επεξεργασίας των νανοσωματιδίων.
Τα νανοσωματίδια χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα εμπορικών προϊόντων και βιομηχανικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένων των καλλυντικών, του χαρτιού, των χρωμάτων και των φαρμακευτικών προϊόντων. Πολλές από αυτές τις εφαρμογές περιλαμβάνουν την εναιώρηση νανοσωματιδίων μέσα σε ένα υγρό ή τζελ και για να εξασφαλιστεί η καλύτερη δυνατή απόδοση αυτών των προϊόντων είναι σημαντικό να ελέγχεται το μέγεθος των νανοσωματιδίων.
Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας δυναμική σκέδαση φωτός - μια τεχνική που βασίζεται στην τυχαία κίνηση Brown των νανοσωματιδίων σε ένα υγρό. Η κίνηση Brown εμφανίζεται όταν ένα νανοσωματίδιο κινείται από τα γύρω μόρια και επομένως η κίνηση είναι πιο έντονη για μικρότερα σωματίδια. Η κίνηση Brown αποκαλύπτεται με τη μέτρηση των διακυμάνσεων στο φως που σκεδάζεται από μίγματα νανοσωματιδίων.
Αργή κινήσεις
Ενώ αυτή η τεχνική λειτουργεί αρκετά καλά για μικρότερα νανοσωματίδια, τα μεγαλύτερα νανοσωματίδια επηρεάζονται λιγότερο από την κίνηση Brown, επομένως τα μεγέθη τους είναι πολύ πιο δύσκολο να παρακολουθηθούν. Επιπλέον, η τεχνική δεν μπορεί να χαρακτηρίσει το μέγεθος σε πραγματικό χρόνο, κάτι που αποτελεί ολοένα και πιο σημαντική απαίτηση για τις σύγχρονες διαδικασίες παραγωγής.
Η ομάδα του Šimić υιοθέτησε μια νέα προσέγγιση που ονομάζει επαγωγή οπτορευστικής δύναμης (OF2i). Αυτό περιλαμβάνει την άντληση ενός μίγματος νανοσωματιδίων μέσω ενός μικρορευστικού καναλιού, κατά την ίδια κατεύθυνση με μια ασθενώς εστιασμένη οπτική δίνη. Το τελευταίο είναι μια δέσμη λέιζερ με μέτωπο κύματος που περιστρέφεται γύρω από την κατεύθυνση διάδοσης σαν τιρμπουσόν και φέρει τροχιακή γωνιακή ορμή.
Σωματίδια διαφορετικών μεγεθών επιταχύνονται σε διαφορετικές ταχύτητες από τη δέσμη λέιζερ, παρέχοντας έναν τρόπο χαρακτηρισμού του μεγέθους των σωματιδίων στο δείγμα. Ωστόσο, επειδή τα σωματίδια διαφορετικού μεγέθους κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες, οι συγκρούσεις σωματιδίων είναι συχνές - γεγονός που υποβαθμίζει τον διαχωρισμό της ταχύτητας.
Στριφτό φως
Η ομάδα του Šimić έλυσε αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας συνεστραμμένο φως λέιζερ. Αυτό μεταφέρει τη γωνιακή ορμή στα νανοσωματίδια, οδηγώντας τα σε τροχιές σε σχήμα σπειροειδούς. Σωματίδια με διαφορετικές μάζες ακολουθούν διαφορετικές τροχιές, γεγονός που αποτρέπει τις συγκρούσεις.
Τα άτομα και τα μόρια δημιουργούν δέσμες δίνης
Σίμιτς και οι συνάδελφοί τους ανίχνευσαν το φως που διασκορπίστηκε από τα σπειροειδή νανοσωματίδια χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο που τοποθετήθηκε κάτω από το κανάλι - επιτρέποντάς τους να παρακολουθούν τις τροχιές μεμονωμένων σωματιδίων. Από τα σχήματα αυτών των τροχιών, θα μπορούσαν στη συνέχεια να προσδιορίσουν τις ταχύτητες των αντίστοιχων νανοσωματιδίων. Χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες, θα μπορούσαν να προσδιορίσουν τα μεγέθη των σωματιδίων στο υγρό σε πραγματικό χρόνο.
Η ομάδα δοκίμασε τη διάταξη χρησιμοποιώντας νανοσωματίδια πολυστυρενίου, με διαμέτρους που κυμαίνονται μεταξύ 200-900 nm. Αυτά τα μεγέθη ξεπερνούν τις δυνατότητες της δυναμικής σκέδασης φωτός. Προσαρμόζοντας περαιτέρω την τεχνική τους, η ομάδα ελπίζει ότι το OF2i θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση άλλων χαρακτηριστικών νανοσωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων των σχημάτων και της χημικής τους σύνθεσης.
Προς το παρόν, είναι ακόμα αβέβαιο εάν το OF2i θα λειτουργήσει για άλλα υλικά εκτός από το πολυστυρένιο, και αυτό θα είναι το επίκεντρο των μελλοντικών πειραμάτων των ερευνητών. Αλλά εάν η τεχνική τους διατηρήσει την απόδοσή της για άλλα νανοϋλικά, ο Šimić και οι συνεργάτες του ελπίζουν ότι θα μπορούσε να προσφέρει έναν ευέλικτο πάγκο εργασίας για την επεξεργασία νανοϋλικών που ανοίγει το δρόμο για νέες προόδους σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.
Η τεχνική περιγράφεται στο Εφαρμόστηκε φυσική αναθεώρηση.
