Forskere måler den elektriske ladning af nanopartikler

Nanopartikler er en milliontedel af en millimeter store, gør dem usynlige for det menneskelige øje. Med mindre, det er, de er under mikroskop af prof. Madhavi Krishnan, en biofysiker ved universitetet i Zürich. Prof. Krishnan har udviklet en ny metode, der måler ikke kun størrelsen af ​​partiklerne, men også deres elektrostatiske ladning. Indtil nu har det ikke været muligt at bestemme ladningen af ​​partiklerne direkte.

For at observere de enkelte partikler i en opløsning, Prof. Madhavi Krishnan og hendes medarbejdere «lokker» hver partikel ind i en "elektrostatisk fælde". Det fungerer sådan:mellem to glasplader på størrelse med en chip, forskerne skaber tusindvis af runde energihuller. Tricket er, at disse huller kun har en svag elektrostatisk ladning. Forskerne tilføjer derefter en dråbe af opløsningen til pladerne, hvorefter hver partikel falder ned i et energihul og forbliver fanget der. Men partiklerne forbliver ikke ubevægelige i deres fælde. I stedet, molekyler i opløsningen kolliderer med dem kontinuerligt, får partiklerne til at bevæge sig i en cirkulær bevægelse. "Vi måler disse bevægelser, og er derefter i stand til at bestemme ladningen af ​​hver enkelt partikel, " forklarer prof. Madhavi Krishnan.

Enkelt sagt, partikler med kun en lille ladning laver store cirkulære bevægelser i deres fælder, mens dem med høj ladning bevæger sig i små cirkler. Dette fænomen kan sammenlignes med en letvægtsbold, som når de kastes, rejser længere end en tung. Den amerikanske fysiker Robert A. Millikan brugte en lignende metode for 100 år siden i sit oliedråbeeksperiment til at bestemme hastigheden af ​​elektrisk ladede oliedråber. I 1923, han modtog Nobelprisen i fysik som en anerkendelse af sine præstationer. "Men han undersøgte dråberne i et vakuum, " Prof. Krishnan forklarer. "Vi på den anden side undersøger nanopartikler i en opløsning, som selv påvirker partiklernes egenskaber."

Elektrostatisk ladning af 'nano-lægemiddelpakker'

For alle løsninger fremstillet industrielt, den elektriske ladning af nanopartiklerne indeholdt deri er også af primær interesse, fordi det er den elektriske ladning, der gør det muligt for en flydende opløsning at forblive stabil og ikke udvikle en klumpet konsistens. "Med vores nye metode, vi får et billede af hele suspensionen sammen med alle partiklerne i den, " understreger Prof. Madhavi Krishnan. En suspension er en væske, hvori små partikler eller dråber er fint fordelt, for eksempel i mælk, blod, forskellige malinger, kosmetik, vacciner og adskillige lægemidler. "Partiklernes ladning spiller en stor rolle i dette, " fortæller den Zürich-baserede videnskabsmand.

Et eksempel er fremstilling af medicin, der skal administreres i præcise doser over en længere periode ved hjælp af lægemiddelleveringssystemer. I denne sammenhæng, nanopartikler fungerer som «pakker», der transporterer stofferne derhen, hvor de skal træde i kraft. Meget ofte, det er deres elektriske ladning, der tillader dem at passere gennem væv og cellemembraner i kroppen uhindret og dermed træde i kraft. «Derfor er det så vigtigt at kunne måle deres ladning. Hidtil har de fleste af de opnåede resultater været upræcise», fortæller forskeren.

"Den nye metode giver os mulighed for endda at måle i realtid en ændring i afgiften for en enkelt enhed, " tilføjer Prof. Madhavi Krishnan. "Dette er særligt spændende for grundforskning og har aldrig før været muligt." Dette skyldes, at ændringer i ansvaret spiller en rolle i alle kropslige reaktioner, hvad enten det er i proteiner, store molekyler såsom DNA-dobbelthelixen, hvor genetisk sammensætning er kodet, eller celleorganeller. "Vi er ved at undersøge, hvordan materiale fungerer i feltet af milliontedele af en millimeter."