En teknikk for å karakterisere nanopartikler i suspenderte blandinger er laget av forskere i Østerrike. Utviklet av Marko Šimić og kolleger ved universitetet i Graz, driver den nye teknikken nanopartikler inn i spiralbaner med størrelsesavhengige hastigheter - slik at nanopartikler av forskjellige størrelser kan studeres separat. Denne nye tilnærmingen kan føre til forbedringer i hvordan nanopartikler behandles.
Nanopartikler brukes i et bredt spekter av kommersielle produkter og industrielle prosesser, inkludert kosmetikk, papir, maling og legemidler. Mange av disse applikasjonene involverer suspendering av nanopartikler inne i en væske eller gel, og for å sikre best mulig ytelse av disse produktene er det viktig å kontrollere størrelsen på nanopartikler.
Dette kan gjøres ved hjelp av dynamisk lysspredning – en teknikk som er avhengig av den tilfeldige brownske bevegelsen til nanopartikler i en væske. Brownsk bevegelse oppstår når en nanopartikkel blir presset av omkringliggende molekyler, og derfor er bevegelsen mer uttalt for mindre partikler. Den Brownske bevegelsen avsløres ved å måle fluktuasjoner i lyset spredt av nanopartikkelblandinger.
Sakte bevegelser
Selv om denne teknikken fungerer rimelig bra for mindre nanopartikler, er større nanopartikler mindre påvirket av Brownsk bevegelse, så størrelsene deres er langt vanskeligere å overvåke. I tillegg kan ikke teknikken karakterisere størrelse i sanntid, noe som er et stadig viktigere krav for moderne produksjonsprosesser.
Šimićs team har tatt en ny tilnærming som de kaller optofluidic force induction (OF2i). Dette innebærer å pumpe en nanopartikkelblanding gjennom en mikrofluidisk kanal, i samme retning som en svakt fokusert optisk virvel. Sistnevnte er en laserstråle med en bølgefront som vrir seg rundt forplantningsretningen som en korketrekker og bærer orbital vinkelmoment.
Partikler av forskjellige størrelser akselereres til forskjellige hastigheter av laserstrålen, noe som gir en måte å karakterisere partikkelstørrelsen i prøven. Men fordi partikler med forskjellig størrelse beveger seg med forskjellige hastigheter, er partikkelkollisjoner vanlige - noe som forringer hastighetsseparasjonen.
vridd lys
Šimićs team løste dette problemet ved å bruke vridd laserlys. Dette overfører vinkelmomentum til nanopartikler, og driver dem inn i spiralformede baner. Partikler med ulik masse følger ulike baner, noe som forhindrer kollisjoner.
Atomer og molekyler lager virvelstråler
Šimić og kolleger oppdaget lyset spredt av de spiralformede nanopartikler ved hjelp av et mikroskop plassert under kanalen - slik at de kunne spore banene til individuelle partikler. Fra formene til disse banene kunne de deretter bestemme hastighetene til de tilsvarende nanopartikler. Ved å bruke denne informasjonen kunne de bestemme størrelsen på partiklene i væsken i sanntid.
Teamet testet oppsettet ved bruk av nanopartikler av polystyren, med diametre mellom 200–900 nm. Disse størrelsene overgår mulighetene til dynamisk lysspredning. Ved å tilpasse teknikken ytterligere, håper teamet at OF2i også kan brukes til å måle andre nanopartikkelegenskaper, inkludert deres former og kjemiske sammensetninger.
Foreløpig er det fortsatt usikkert om OF2i vil fungere for andre materialer enn polystyren, og dette vil være fokus for forskernes fremtidige eksperimenter. Men hvis teknikken deres opprettholder ytelsen for andre nanomaterialer, håper Šimić og kollegene at den kan gi en fleksibel arbeidsbenk for nanomaterialbehandling som baner vei for nye fremskritt på tvers av et bredt spekter av applikasjoner.
Teknikken er beskrevet i Fysisk gjennomgang anvendt.
