Forskere forestiller nanopartikler i aktion

(Phys.org) — De makroskopiske virkninger af visse nanopartikler på menneskers sundhed har længe været tydelige for det blotte øje. Hvad forskerne har manglet, er evnen til at se de detaljerede bevægelser af individuelle partikler, der giver anledning til disse effekter.

I en nyligt offentliggjort undersøgelse, forskere ved Virginia Tech Carilion Research Institute opfandt en teknik til billeddannelse af nanopartikeldynamik med atomopløsning, da denne dynamik opstår i et flydende miljø. Resultaterne vil tillade, for første gang, billeddannelse af nanoskala -processer, såsom opsugning af nanopartikler i celler.

"Vi var forbløffede over at se den store mobilitet i så små genstande, " sagde Deborah Kelly, en adjunkt ved Virginia Tech Carilion Research Institute. "Vi har nu et system til at se adfærden af ​​terapeutiske nanopartikler ved atomopløsning."

Nanopartikler er lavet af mange materialer og kommer i forskellige former og størrelser. I den nye undersøgelse, Kelly og hendes kolleger valgte at gøre stavformede guldnanopartikler til stjernerne i deres nye molekylære film. Disse nanopartikler, nogenlunde på størrelse med en virus, bruges til behandling af forskellige former for kræft. Når først injiceret, de akkumuleres i solide tumorer. Infrarød stråling bruges derefter til at opvarme dem og ødelægge nærliggende kræftceller.

For at tage et nærmere kig på guldnanopartiklerne i aktion, forskerne lavede et vakuumtæt mikrofluidisk kammer ved at presse to siliciumnitrid-halvlederchips sammen med en 150 nanometer afstandsholder imellem. Mikrochipsene indeholdt gennemsigtige vinduer, så strålen fra et transmissionselektronmikroskop kunne passere igennem for at skabe et billede i atomskala.

Ved at bruge den nye teknik, forskerne lavede to typer visualiseringer. Den første inkluderede billeder af individuelle nanopartiklers atomare strukturer ved 100, 000 gange forstørrelse - de billeder med den højeste opløsning, der nogensinde er taget af nanopartikler i et flydende miljø.

Den anden visualisering var en film optaget på 23, 000 gange forstørrelse, der afslørede bevægelser af en gruppe nanopartikler, der reagerede på en elektronstråle, som efterligner virkningerne af den infrarøde stråling, der bruges i kræftbehandlinger.

I filmen, guld-nanopartiklerne kan ses surfe på flodbølger på nanoskala.

"Nanopartiklerne opførte sig som sandkorn, der blev koncentreret på en strand af bølger, "sagde Kelly." Vi tror, ​​at denne adfærd kan være relateret til, hvorfor nanopartiklerne bliver koncentreret i tumorer. Vores næste eksperiment vil være at indsætte en kræftcelle for at studere nanopartiklernes terapeutiske virkning på tumorer."

Holdet tester også opløsningen af ​​det mikrofluidiske system med andre reagenser og materialer, at bringe forskere et skridt tættere på at se levende biologiske mekanismer i aktion på de højest mulige opløsningsniveauer.

Undersøgelsen dukkede op i Kemisk kommunikation i artiklen "Visualisering af nanopartikelmobilitet i væske ved atomopløsning."