Dimensionering af nanopartikler ved hjælp af væskefyldte rør

Funktionaliteten af ​​nanopartikler i et væld af applikationer, herunder lægemiddellevering og nano-optik, er ofte dikteret af deres masse og størrelse. At måle disse egenskaber samtidigt for den samme nanopartikel har også været udfordrende.

Nu har forskere fra University of Melbourne og Massachusetts Institute of Technology (MIT) opdaget, at denne måleoperation kan udføres ved at passere nanopartiklerne, i deres oprindelige løsning, gennem et billigt og enkelt mekanisk rør.

I et papir udgivet i dag i Nature Communications beskriver forskere, hvordan de gjorde opdagelsen ved hjælp af eksisterende instrumentering og ny matematik.

Simple massebalancer fungerer ved at spore frekvensen af ​​en mekanisk resonator. Men kan disse balancer også bruges til at måle størrelse? For at besvare dette spørgsmål, holdet undersøgte, hvordan nanopartikler bevæger sig, når de placeres i et mekanisk væskefyldt rør, der vibrerer.

Co-lead forfatter og University of Melbourne Research Fellow, Dr. Jesse F. Collis, siger, at "mens tidligere applikationer har fokuseret på op-og-ned-bevægelsen af ​​nanopartikler i forhold til den omgivende væske, vi undrede os over effekten af ​​rotationsbevægelse."

MIT postdoc og co-lead forfatter, Georgios Katsikis, gjort den vigtigste eksperimentelle observation, at rørets vibration kan ændre sig, selv når røret ikke vibrerer op og ned.

"Dette overraskede mig. Alle havde troet, at ingen op-og-ned-bevægelse betød intet signal. Vi ville gerne forstå, hvad der lå bag dette signal."

Forskere troede tidligere, at hvis du flyder en nanopartikel i et rør og ryster den, reaktionen ville være proportional med partiklens masse. Men den nye undersøgelse viser, at ud over dette velforståede svar, der eksisterer en anden reaktion, der er proportional med partiklens størrelse.

"I bund og grund, nanopartiklerne skaber et hul i væsken, som ændrer væskestrømmen, " sagde Dr. Collis. "Det er dette fænomen, der giver os mulighed for at udvikle ny matematik for at forbinde rørvibrationen til hullet, og dermed partikelstørrelsen ud over dens masse."

Resultaterne har vigtige konsekvenser for bioteknologi, hvor viden om partikelstørrelse kan bruges til at øge de eksisterende anvendelser af masse. Virale vektorer i vaccineudvikling kan vejes for at kontrollere, om DNA er vellykket pakket inde i en virus. Størrelse kan give information, hvis virus danner klumper af aggregater, hvilket reducerer behandlingens effekt.

Tilsvarende forfattere, Professor John Sader (University of Melbourne) og Professor Scott Manalis (MIT), ledet de matematiske og eksperimentelle aspekter af undersøgelsen.

Resultaterne blev offentliggjort i Naturkommunikation .