En innovativ metode til måling af nanopartikler

Præcis måling af molekylvægten, størrelse og tæthed af en nanopartikel i en enkelt procedure er nu mulig, takket være en ultracentrifugeringsmetode, støvet af schweiziske videnskabsmænd ved EPFL.

Selvom nanopartikler bruges i en række forskellige domæner - såsom medicin, solenergi og fotonik - der er stadig meget om dem, der skal opdages. Etablering af deres fulde karakterisering, inklusive masse, størrelse og tæthed, forbliver en ekstremt kompleks øvelse, og dette fungerer som en bremse på forskningen på området. Imidlertid, dette videnshul vil snart blive udfyldt, takket være arbejdet udført af Constellium-professor Francesco Stellacci og hans doktorandassistent Randy Carney, fra Supramolecular Nanomaterials and Interfaces Laboratory (SUNMIL). I en nylig artikel i Naturkommunikation , de demonstrerer, at det er muligt at opnå den fuldstændige karakterisering af en kerne-skal nanopartikel (kernen og den eksterne skal) ved at bruge en meget enkel metode - analytisk ultracentrifugering. Denne 100 år gamle procedure er tidligere blevet brugt, i særdeleshed, at studere størrelsen og massen af ​​proteiner. Det var ved at anvende metoden på deres forskningsområde, at EPFL-forskerne indså de fordele, der kunne opnås ved at bruge den.

Kernen og skallen

Indtil nu, analysen af ​​alle de parametre, der karakteriserer kernen, såvel som dem, der karakteriserer skallen af ​​nanopartikler i en enkelt operation, er fortsat en reel udfordring. Nanopartiklerne er faktisk polydisperse, hvilket betyder at, i en prøve, hver af dem har forskellige egenskaber (størrelse, masse, vægt osv.). "I øjeblikket, forskere råder over pålidelige teknikker til at karakterisere kernen af ​​nanopartikler. Men dette kræver fem eller seks meget komplekse procedurer for at opnå en fuldstændig karakterisering”, tilføjer Randy Carney. "Ved at se på analytisk ultracentrifugering, vi opdagede en metode, der gør det muligt for os, i en enkelt proces, for at få alle de nødvendige parametre på få timer."

Hvordan virker det?

Teknisk set, konceptet er som følger:for det første, du skal fortynde nanopartiklerne i en opløsning, og derefter at sætte opløsningen i en analytisk ultracentrifuge, udstyret med et optisk detektionssystem, der analyserer deres adfærd. Så er det muligt, ved hjælp af en computerproces, at bestemme, hvad der kaldes sedimentationskoefficienten. "Når vi spinder dem med høj hastighed, nanopartiklerne adskilles fra væsken på forskellige tidspunkter, alt efter deres tæthed, ” forklarer Randy Carney. De største partikler skilles dermed hurtigere fra væsken. Denne observation giver en indikation af partiklens vægt, såvel som dens diameter.” Parallelt hermed, forskerne fokuserer på en anden indikation – normalt ignoreret af de fleste undersøgelser – som kaldes partikeldiffusionskoefficienten, som relaterer sig til den måde, de spredes gennem væsken. "Dette fænomen, som vi kan sammenligne med en dråbe blæk i vand, opstår, selv når opløsningsmidlet er stille."

Anvendelse i industrien

Når de bruges sammen, sedimentationskoefficienten og diffusionskoefficienten gør det så muligt at opnå en meget præcis karakterisering af både kernen og skallen af ​​nanopartiklerne:det vil sige, deres størrelse, vægt, form og sammensætning. Dette er meget vigtig information, når vi tænker på, at nanopartiklernes egenskaber (kemisk, elektronisk, magnetiske osv.) er afhængige af alle disse parametre.

I øjeblikket, denne metode virker kun med sfæriske nanopartikler. Imidlertid, det bør stadig være interessant for forskere, der er aktive inden for nanoteknologi, som også kan bruge det til andre nanopartikler, med nogle yderligere analyser. ”Industri og biologiske applikationer har også brug for en metode til at karakterisere nanopartikler. Denne metode kunne være meget nyttig,” slutter professor Stellacci.