Forskere udvikler en proces til at måle nanorods hurtigt og præcist

Procesingeniører ved Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har udviklet en metode til at bestemme størrelsen og formen af ​​nanopartikler i dispersioner betydeligt hurtigere end nogensinde før. Baseret på guld nanorods, de demonstrerede, at længde- og diameterfordelinger kan måles nøjagtigt i et enkelt trin i stedet for den komplicerede serie af elektronmikroskopiske billeder, der har været nødvendige indtil nu. Der anvendes nanopartikler fra ædle metaller, for eksempel, som katalysatorer og kontrastmidler til diagnosticering af kræft.

I middelalderen, guldpartikler blev brugt til at skabe levende røde og blå farver, for eksempel, at illustrere bibelske scener i glasmalerier. Denne effekt er forårsaget af interaktionen mellem de elektromagnetiske felter i det indkommende lys med elektronerne i metallet, som vibrerer kollektivt. Nanopartikler af guld eller sølv er af interesse for moderne anvendelser inden for bioteknologi og som katalysatorer, mens deres optiske egenskaber anvendes i medicinsk billedteknologi, hvor de fungerer som kontrastmiddel til diagnosticering af tumorer. Partiklerne er specielt syntetiseret til forskellige formål, da deres egenskaber afhænger af deres størrelse, form, overflade, indre struktur og sammensætning.

Overvågning af denne synteseproces er meget kompleks:Selvom det er relativt ligetil at bestemme størrelsen af ​​nanopartiklerne ved hjælp af optiske måleteknikker, rigtig mange elektronmikroskopiske billeder skal analyseres i en detaljeret og tidskrævende proces, før partiklens form kan bestemmes. Dette hæmmer udviklingen af ​​nye fremstillings- og forarbejdningsmetoder, da der er behov for tidskrævende målinger for at holde styr på eventuelle ændringer i partiklernes størrelse eller egenskaber.

Bestemmelse af størrelse og form på bare et trin

Sammen med arbejdsgrupper fra matematikområdet ledet af Dr. Lukas Pflug og Prof. Dr. Michael Stingl, og fysisk kemi, ledet af prof. dr. Carola Kryschi, procesingeniører ved FAU ledet af Simon Wawra og prof. Dr. Wolfgang Peukert har udviklet en ny metode til at måle længde- og diameterfordelingen af ​​plasmoniske guld nanorods i et enkelt eksperiment.

I et første skridt, partiklerne dispergeres i vand i et ultralydsbad, hvor de synker via centrifugering. På samme tid, de er målrettet med lysglimt, og deres spektrale egenskaber registreret ved hjælp af en detektor. "Ved at kombinere multi-bølgelængde absorptionsoptik og analytisk ultracentrifugering, vi var i stand til at måle de optiske og sedimentære egenskaber af nanoroderne samtidigt, " forklarer prof. Dr. Wolfgang Peukert. Forskerne baserede deres analysemetode på det faktum, at både sedimentationshastigheden og styrken af ​​lysabsorption afhænger af diameteren og længden af ​​nanorods. "Længdefordelingen, diameter, billedformat, overflade og volumen kan udledes direkte som et resultat, " forklarer Wolfgang Peukert.

Metoden udviklet på FAU er ikke begrænset til nanopartikler fremstillet af ædle metaller. Den kan bruges på en række plasmonisk aktive materialer og kan også udvides til andre geometriske former. Under syntesen, kugleformede partikler skabes samtidig med nanorods, og deres fordeling og masseprocent i prøven kan også måles nøjagtigt. Peukert:"Vores nye metode tillader en omfattende og kvantitativ analyse af disse meget interessante partikelsystemer. Vi tror på, at vores arbejde vil bidrage til at kunne karakterisere plasmoniske nanopartikler hurtigt og pålideligt under syntese og i en række anvendelser."