Ausztriában kutatók dolgoztak ki egy technikát a szuszpendált keverékekben lévő nanorészecskék jellemzésére. Által kifejlesztett Marko Šimić és munkatársai a Grazi Egyetemen, az új technika a nanorészecskéket méretfüggő sebességű spirális pályákba hajtja – lehetővé téve a különböző méretű nanorészecskék külön-külön történő tanulmányozását. Ez az új megközelítés a nanorészecskék feldolgozási módjának javulását eredményezheti.
A nanorészecskéket számos kereskedelmi termékben és ipari folyamatban használják, beleértve a kozmetikumokat, papírt, festékeket és gyógyszereket. Sok ilyen alkalmazás magában foglalja a nanorészecskék folyadékban vagy gélben történő felfüggesztését, és e termékek lehető legjobb teljesítményének biztosítása érdekében fontos ellenőrizni a nanorészecskék méretét.
Ezt dinamikus fényszórás segítségével lehet megtenni – egy olyan technikát, amely a folyadékban lévő nanorészecskék véletlenszerű Brown-mozgásán alapul. A Brown-mozgás akkor következik be, amikor egy nanorészecskét a környező molekulák lökdösik, és ezért a mozgás a kisebb részecskék esetében kifejezettebb. A Brown-mozgást a nanorészecske-keverékek által szórt fény fluktuációinak mérésével tárják fel.
Lassú mozdulatok
Míg ez a technika meglehetősen jól működik kisebb nanorészecskék esetében, a nagyobb nanorészecskéket kevésbé befolyásolja a Brown-mozgás, így a méretüket sokkal nehezebb nyomon követni. Ráadásul a technika nem képes valós időben jellemezni a méretet, ami a modern gyártási folyamatok egyre fontosabb követelménye.
Šimić csapata új megközelítést alkalmazott, amelyet optofluidikus erőindukciónak (OF2i) neveznek. Ez magában foglalja a nanorészecske keverék pumpálását egy mikrofluidikus csatornán keresztül, ugyanabban az irányban, mint egy gyengén fókuszált optikai örvény. Ez utóbbi egy hullámfronttal rendelkező lézersugár, amely dugóhúzóként csavarodik a terjedési irány körül, és pálya szögimpulzusát hordozza.
A különböző méretű részecskéket a lézersugár különböző sebességre gyorsítja, így lehetőség nyílik a mintában lévő részecskeméret jellemzésére. Mivel azonban a különböző méretű részecskék eltérő sebességgel mozognak, gyakoriak a részecskék ütközései, ami rontja a sebességes szétválást.
Csavart fény
Šimić csapata ezt a problémát csavart lézerfény segítségével oldotta meg. Ez átadja a szögimpulzusokat a nanorészecskéknek, és spirál alakú pályákra hajtja őket. A különböző tömegű részecskék eltérő pályát követnek, ami megakadályozza az ütközést.
Az atomok és molekulák örvénynyalábokat alkotnak
Šimić és munkatársai a spirális nanorészecskék által szórt fényt a csatorna alatt elhelyezett mikroszkóp segítségével észlelték – így nyomon követhették az egyes részecskék pályáját. Ezeknek a pályáknak az alakjából aztán meghatározhatták a megfelelő nanorészecskék sebességét. Ezen információk felhasználásával valós időben meg tudták határozni a folyadékban lévő részecskék méretét.
A csapat 200 és 900 nm közötti átmérőjű polisztirol nanorészecskék segítségével tesztelte az elrendezést. Ezek a méretek meghaladják a dinamikus fényszórás képességeit. Technikájuk további adaptálásával a csapat azt reméli, hogy az OF2i-t más nanorészecskék jellemzőinek mérésére is fel lehet használni, beleértve azok alakját és kémiai összetételét.
Egyelőre még bizonytalan, hogy az OF2i a polisztiroltól eltérő anyagokhoz is használható lesz-e, és ez lesz a kutatók jövőbeni kísérleteinek középpontjában. Ám ha technikájuk megőrzi teljesítményét más nanoanyagok esetében is, Šimić és munkatársai azt remélik, hogy rugalmas munkapadot biztosíthat a nanoanyag-feldolgozáshoz, amely utat nyit az új fejlesztések előtt az alkalmazások széles skálájában.
A technika leírása a Fizikai felülvizsgálat alkalmazva.
