Itävallan tutkijat ovat kehittäneet tekniikan nanohiukkasten karakterisoimiseksi suspendoituneissa seoksissa. Kehittäjä Marko Simic ja kollegat Grazin yliopistosta, uusi tekniikka ajaa nanopartikkelit spiraaliraiteille koosta riippuvaisilla nopeuksilla, jolloin erikokoisia nanopartikkeleita voidaan tutkia erikseen. Tämä uusi lähestymistapa voisi johtaa parannuksiin nanohiukkasten käsittelyssä.
Nanohiukkasia käytetään monissa kaupallisissa tuotteissa ja teollisissa prosesseissa, kuten kosmetiikassa, paperissa, maaleissa ja lääkkeissä. Monet näistä sovelluksista sisältävät nanopartikkelien suspendoimisen nesteeseen tai geeliin, ja näiden tuotteiden parhaan mahdollisen suorituskyvyn varmistamiseksi on tärkeää valvoa nanohiukkasten kokoa.
Tämä voidaan tehdä käyttämällä dynaamista valonsirontaa – tekniikkaa, joka perustuu nanohiukkasten satunnaiseen Brownin liikkeeseen nesteessä. Brownin liikettä tapahtuu, kun ympäröivät molekyylit tönäisivät nanopartikkelia, ja siksi liike on voimakkaampi pienille hiukkasille. Brownin liike paljastetaan mittaamalla nanohiukkasseosten hajottaman valon vaihtelut.
Hitaita liikkeitä
Vaikka tämä tekniikka toimii kohtuullisen hyvin pienille nanopartikkeleille, Brownin liike vaikuttaa vähemmän suuriin nanopartikkeleihin, joten niiden kokoa on paljon vaikeampi seurata. Lisäksi tekniikka ei pysty karakterisoimaan kokoa reaaliajassa, mikä on yhä tärkeämpi vaatimus nykyaikaisissa valmistusprosesseissa.
Šimićin tiimi on ottanut uuden lähestymistavan, jota se kutsuu optofluidiseksi voimainduktioksi (OF2i). Tämä sisältää nanopartikkeliseoksen pumppaamisen mikrofluidikanavan läpi samaan suuntaan kuin heikosti fokusoitu optinen pyörte. Jälkimmäinen on lasersäde aaltorintamalla, joka kiertyy etenemissuunnan ympäri kuin korkkiruuvi ja kuljettaa kiertoradan kulmamomenttia.
Erikokoiset hiukkaset kiihdytetään eri nopeuksille lasersäteellä, mikä mahdollistaa näytteen hiukkaskoon karakterisoinnin. Koska erikokoiset hiukkaset kuitenkin liikkuvat eri nopeuksilla, hiukkasten törmäykset ovat yleisiä, mikä heikentää nopeuserottelua.
Kierretty valo
Šimićin tiimi ratkaisi tämän ongelman käyttämällä kierrettyä laservaloa. Tämä siirtää kulmamomentin nanopartikkeleihin ja ajaa ne spiraalimaisille lentoratoille. Eri massaiset hiukkaset kulkevat eri liikeradalla, mikä estää törmäykset.
Atomit ja molekyylit muodostavat pyörteitä
Šimić ja kollegat havaitsivat spiraalimaisten nanohiukkasten hajottaman valon kanavan alle sijoitetun mikroskoopin avulla, jolloin he pystyivät seuraamaan yksittäisten hiukkasten liikeradat. Näiden lentoratojen muodoista he voisivat sitten määrittää vastaavien nanohiukkasten nopeudet. Näiden tietojen avulla he pystyivät määrittämään nesteen hiukkasten koon reaaliajassa.
Ryhmä testasi kokoonpanoa käyttämällä polystyreeninanohiukkasia, joiden halkaisijat vaihtelivat välillä 200–900 nm. Nämä koot ylittävät dynaamisen valonsirontakyvyn. Mukauttamalla tekniikkaansa edelleen, tiimi toivoo, että OF2i:tä voitaisiin käyttää myös muiden nanohiukkasten ominaisuuksien, mukaan lukien niiden muodon ja kemiallisen koostumuksen, mittaamiseen.
Toistaiseksi on vielä epävarmaa, toimiiko OF2i muille materiaaleille kuin polystyreenille, ja tämä on tutkijoiden tulevien kokeiden painopiste. Mutta jos heidän tekniikkansa säilyttää suorituskykynsä muilla nanomateriaaleilla, Šimić ja kollegat toivovat, että se voisi tarjota joustavan työpöydän nanomateriaalien käsittelyyn, joka tasoittaa tietä uusille edistysaskeleille monenlaisissa sovelluksissa.
Tekniikka on kuvattu kohdassa Fyysinen arvostelu sovellettu.
