O tehnică de caracterizare a nanoparticulelor din amestecuri în suspensie a fost creată de cercetătorii din Austria. Dezvoltat de Marko Šimic și colegii de la Universitatea din Graz, noua tehnică conduce nanoparticulele în traiectorii spiralate cu viteze dependente de dimensiune - permițând nanoparticulelor de diferite dimensiuni să fie studiate separat. Această nouă abordare ar putea duce la îmbunătățiri în modul în care nanoparticulele sunt procesate.
Nanoparticulele sunt utilizate într-o gamă largă de produse comerciale și procese industriale, inclusiv cosmetice, hârtie, vopsele și produse farmaceutice. Multe dintre aceste aplicații implică suspendarea nanoparticulelor într-un lichid sau gel și pentru a asigura cea mai bună performanță posibilă a acestor produse este important să se controleze dimensiunea nanoparticulelor.
Acest lucru se poate face folosind împrăștierea dinamică a luminii - o tehnică care se bazează pe mișcarea browniană aleatorie a nanoparticulelor dintr-un lichid. Mișcarea browniană apare atunci când o nanoparticulă este împinsă de moleculele din jur și, prin urmare, mișcarea este mai pronunțată pentru particulele mai mici. Mișcarea browniană este dezvăluită prin măsurarea fluctuațiilor luminii împrăștiate de amestecurile de nanoparticule.
Mișcări lente
În timp ce această tehnică funcționează destul de bine pentru nanoparticulele mai mici, nanoparticulele mai mari sunt mai puțin afectate de mișcarea browniană, astfel încât dimensiunile lor sunt mult mai greu de monitorizat. În plus, tehnica nu poate caracteriza dimensiunea în timp real, ceea ce este o cerință din ce în ce mai importantă pentru procesele moderne de fabricație.
Echipa lui Šimić a adoptat o nouă abordare pe care o numește inducerea forței optofluidice (OF2i). Aceasta implică pomparea unui amestec de nanoparticule printr-un canal microfluidic, pe aceeași direcție ca un vortex optic slab focalizat. Acesta din urmă este un fascicul laser cu un front de undă care se răsucește în jurul direcției de propagare ca un tirbușon și poartă moment unghiular orbital.
Particulele de diferite dimensiuni sunt accelerate la viteze diferite de către fasciculul laser, oferind o modalitate de a caracteriza dimensiunea particulelor din probă. Cu toate acestea, deoarece particulele de dimensiuni diferite se mișcă la viteze diferite, ciocnirile de particule sunt comune - ceea ce degradează separarea vitezei.
Lumină răsucită
Echipa lui Šimić a rezolvat această problemă folosind lumină laser răsucită. Acest lucru transferă momentul unghiular către nanoparticule, conducându-le în traiectorii în formă de spirală. Particulele cu mase diferite urmează traiectorii diferite, ceea ce previne coliziunile.
Atomii și moleculele formează fascicule vortex
Šimić și colegii au detectat lumina împrăștiată de nanoparticulele în spirală folosind un microscop plasat sub canal - permițându-le să urmărească traiectoria particulelor individuale. Din formele acestor traiectorii, ei ar putea determina apoi vitezele nanoparticulelor corespunzătoare. Folosind aceste informații, ei ar putea determina dimensiunile particulelor din lichid în timp real.
Echipa a testat configurația folosind nanoparticule de polistiren, cu diametre cuprinse între 200-900 nm. Aceste dimensiuni depășesc capacitățile împrăștierii dinamice a luminii. Adaptându-și în continuare tehnica, echipa speră că OF2i ar putea fi folosit și pentru a măsura alte caracteristici ale nanoparticulelor, inclusiv formele și compozițiile chimice ale acestora.
Deocamdată, este încă incert dacă OF2i va funcționa pentru alte materiale decât polistirenul și acesta va fi punctul central al viitoarelor experimente ale cercetătorilor. Dar dacă tehnica lor își menține performanța pentru alte nanomateriale, Šimić și colegii lor speră că ar putea oferi un banc de lucru flexibil pentru procesarea nanomaterialelor, care deschide calea pentru noi progrese într-o gamă largă de aplicații.
Tehnica este descrisă în Revizuire fizică aplicată.
