Une technique de caractérisation des nanoparticules dans les mélanges en suspension a été mise au point par des chercheurs autrichiens. Développé par Marko imić et ses collègues de l'Université de Graz, la nouvelle technique entraîne les nanoparticules dans des trajectoires en spirale avec des vitesses dépendant de la taille, permettant d'étudier séparément des nanoparticules de différentes tailles. Cette nouvelle approche pourrait conduire à des améliorations dans la façon dont les nanoparticules sont traitées.
Les nanoparticules sont utilisées dans une large gamme de produits commerciaux et de procédés industriels, notamment les cosmétiques, le papier, les peintures et les produits pharmaceutiques. Bon nombre de ces applications impliquent la mise en suspension de nanoparticules dans un liquide ou un gel, et pour garantir les meilleures performances possibles de ces produits, il est important de contrôler la taille des nanoparticules.
Cela peut être fait en utilisant la diffusion dynamique de la lumière - une technique qui repose sur le mouvement brownien aléatoire des nanoparticules dans un liquide. Le mouvement brownien se produit lorsqu'une nanoparticule est bousculée par les molécules environnantes et, par conséquent, le mouvement est plus prononcé pour les particules plus petites. Le mouvement brownien est révélé par la mesure des fluctuations de la lumière diffusée par les mélanges de nanoparticules.
Mouvements lents
Bien que cette technique fonctionne raisonnablement bien pour les nanoparticules plus petites, les nanoparticules plus grosses sont moins affectées par le mouvement brownien, de sorte que leurs tailles sont beaucoup plus difficiles à surveiller. De plus, la technique ne peut pas caractériser la taille en temps réel, ce qui est une exigence de plus en plus importante pour les processus de fabrication modernes.
L'équipe de Šimić a adopté une nouvelle approche qu'elle appelle l'induction de force optofluidique (OF2i). Cela implique de pomper un mélange de nanoparticules à travers un canal microfluidique, dans la même direction qu'un vortex optique faiblement focalisé. Ce dernier est un faisceau laser avec un front d'onde qui se tord autour de la direction de propagation comme un tire-bouchon et porte le moment cinétique orbital.
Des particules de différentes tailles sont accélérées à différentes vitesses par le faisceau laser, ce qui permet de caractériser la taille des particules dans l'échantillon. Cependant, comme des particules de tailles différentes se déplacent à des vitesses différentes, les collisions de particules sont courantes, ce qui dégrade la séparation des vitesses.
Lumière torsadée
L'équipe de Šimić a résolu ce problème en utilisant une lumière laser torsadée. Cela transfère le moment cinétique aux nanoparticules, les entraînant dans des trajectoires en forme de spirale. Les particules de masses différentes suivent des trajectoires différentes, ce qui évite les collisions.
Les atomes et les molécules forment des faisceaux vortex
Simić et ses collègues ont détecté la lumière diffusée par les nanoparticules en spirale à l'aide d'un microscope placé sous le canal, ce qui leur a permis de suivre les trajectoires des particules individuelles. A partir des formes de ces trajectoires, ils pourraient alors déterminer les vitesses des nanoparticules correspondantes. Grâce à ces informations, ils ont pu déterminer la taille des particules dans le liquide en temps réel.
L'équipe a testé la configuration à l'aide de nanoparticules de polystyrène, avec des diamètres compris entre 200 et 900 nm. Ces tailles dépassent les capacités de la diffusion dynamique de la lumière. En adaptant davantage leur technique, l'équipe espère qu'OF2i pourra également être utilisé pour mesurer d'autres caractéristiques des nanoparticules, notamment leurs formes et leurs compositions chimiques.
Pour l'instant, il n'est pas encore certain qu'OF2i fonctionnera pour d'autres matériaux que le polystyrène, et ce sera l'objet des futures expérimentations des chercheurs. Mais si leur technique maintient ses performances pour d'autres nanomatériaux, Šimić et ses collègues espèrent qu'elle pourrait fournir un établi flexible pour le traitement des nanomatériaux qui ouvre la voie à de nouvelles avancées dans un large éventail d'applications.
La technique est décrite dans Examen physique appliqué.
