Nanofluidisk multi-værktøj adskiller og størrelser nanopartikler

En skruenøgle eller en skruetrækker af en enkelt størrelse er nyttig til nogle opgaver, men for et mere kompliceret projekt, du har brug for et sæt værktøjer i forskellige størrelser. Efter dette vejledende princip, forskere ved National Institute of Standards and Technology har konstrueret en nanoskala fluidic-enhed, der fungerer som et miniaturet "multi-værktøj" til arbejde med nanopartikler-objekter, hvis dimensioner måles i nanometer, eller milliarddele af en meter.

Først introduceret i marts 2009 (se "NIST-Cornell Team bygger verdens første nanofluidiske enhed med komplekse 3D-overflader", enheden består af et kammer med en kaskadende "trappe" med 30 nanofluidiske kanaler, der spænder i dybden fra ca. 80 nanometer øverst til ca. 620 nanometer (lidt mindre end en gennemsnitlig bakterie) i bunden. Hvert af de mange "trin" i trappen giver et andet "værktøj" af en anden størrelse til at manipulere nanopartikler i en metode, der ligner, hvordan en møntsorterer adskiller nikkel, skiver og kvarte.

I en ny artikel i tidsskriftet Lab on a Chip , NIST -forskergruppen viser, at enheden med succes kan udføre den første af en planlagt pakke med nanoskalaopgaver - adskillelse og måling af en blanding af sfæriske nanopartikler af forskellige størrelser (fra ca. 80 til 250 nanometer i diameter) spredt i en løsning. Forskerne brugte elektroforese - metoden til at flytte ladede partikler gennem en opløsning ved at tvinge dem fremad med et påført elektrisk felt - til at drive nanopartiklerne fra den dybe ende af kammeret hen over enheden til de gradvist lavere kanaler. Nanopartiklerne blev mærket med fluorescerende farvestof, så deres bevægelser kunne spores med et mikroskop.

Som forventet, de større partikler stoppede, da de nåede trappens trin med dybder, der matchede deres diametre på omkring 220 nanometer. De mindre partikler gik videre, indtil de, også, blev begrænset til at bevæge sig ind i lavere kanaler i dybder på omkring 110 nanometer. Fordi partiklerne var synlige som fluorescerende lyspunkter, positionen i kammeret, hvor hver enkelt partikel blev stoppet, kunne kortlægges til den tilsvarende kanaldybde. Dette gjorde det muligt for forskerne at måle fordelingen af ​​nanopartikelstørrelser og validere enhedens anvendelighed som både et separationsværktøj og referencemateriale. Integreret i en mikrochip, enheden kunne muliggøre sortering af komplekse nanopartikelblandinger, uden observation, til efterfølgende ansøgning. Denne tilgang kunne vise sig at være hurtigere og mere økonomisk end konventionelle metoder til forberedelse og karakterisering af nanopartikler.

NIST -teamet planlægger at konstruere nanofluidiske enheder optimeret til forskellige nanopartikelsorteringsapplikationer. Disse enheder kan fremstilles med skræddersyet opløsning (ved at øge eller formindske kanalstegets størrelse), over et bestemt område af partikelstørrelser (ved at øge eller reducere de maksimale og mindste kanaldybder), og for udvalgte materialer (ved at tilpasse kanalernes overfladekemi for at optimere interaktionen med et specifikt stof). Forskerne er også interesserede i at afgøre, om deres teknik kan bruges til at adskille blandinger af nanopartikler med lignende størrelser, men forskellige former - f.eks. blandinger af rør og kugler.