Een sleutel of een schroevendraaier van een enkele maat is handig voor sommige klussen, maar voor een ingewikkelder project, je hebt een set gereedschappen van verschillende afmetingen nodig. Volgens dit leidende principe, onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology hebben een fluïdisch apparaat op nanoschaal ontwikkeld dat functioneert als een miniatuur "multitool" voor het werken met nanodeeltjes - objecten waarvan de afmetingen worden gemeten in nanometers, of miljardsten van een meter.

Voor het eerst geïntroduceerd in maart 2009 (zie "NIST-Cornell Team bouwt 's werelds eerste nanofluïdische apparaat met complexe 3D-oppervlakken", het apparaat bestaat uit een kamer met een trapsgewijze "trap" van 30 nanofluïdische kanalen, variërend in diepte van ongeveer 80 nanometer bovenaan tot ongeveer 620 nanometer (iets kleiner dan een gemiddelde bacterie) onderaan. Elk van de vele "treden" van de trap biedt een ander "gereedschap" van een andere grootte om nanodeeltjes te manipuleren op een methode die vergelijkbaar is met hoe een muntensorteerder stuivers scheidt, dubbeltjes en kwartjes.

In een nieuw artikel in het tijdschrift Lab op een chip , het NIST-onderzoeksteam toont aan dat het apparaat met succes de eerste van een geplande reeks nanoschaaltaken kan uitvoeren - het scheiden en meten van een mengsel van sferische nanodeeltjes van verschillende groottes (variërend van ongeveer 80 tot 250 nanometer in diameter) verspreid in een oplossing. De onderzoekers gebruikten elektroforese - de methode om geladen deeltjes door een oplossing te verplaatsen door ze naar voren te dwingen met een aangelegd elektrisch veld - om de nanodeeltjes van het diepe uiteinde van de kamer over het apparaat naar de steeds ondieper wordende kanalen te drijven. De nanodeeltjes werden gelabeld met fluorescerende kleurstof, zodat hun bewegingen met een microscoop konden worden gevolgd.

Zoals verwacht, de grotere deeltjes stopten toen ze de treden van de trap bereikten met diepten die overeenkwamen met hun diameters van ongeveer 220 nanometer. De kleinere deeltjes gingen verder totdat ze, te, werden beperkt van het verplaatsen naar ondiepere kanalen op een diepte van ongeveer 110 nanometer. Omdat de deeltjes zichtbaar waren als fluorescerende lichtpunten, de positie in de kamer waar elk afzonderlijk deeltje werd gestopt, kon worden toegewezen aan de overeenkomstige kanaaldiepte. Hierdoor konden de onderzoekers de verdeling van nanodeeltjesgroottes meten en het nut van het apparaat valideren als zowel een scheidingshulpmiddel als referentiemateriaal. Geïntegreerd in een microchip, het apparaat kan het sorteren van complexe nanodeeltjesmengsels mogelijk maken, zonder observatie, voor latere toepassing. Deze aanpak zou sneller en zuiniger kunnen blijken te zijn dan conventionele methoden voor het voorbereiden en karakteriseren van nanodeeltjes.

Het NIST-team is van plan om nanofluïdische apparaten te ontwikkelen die zijn geoptimaliseerd voor verschillende sorteertoepassingen voor nanodeeltjes. Deze apparaten kunnen worden gefabriceerd met een op maat gemaakte resolutie (door de stapgrootte van de kanalen te vergroten of te verkleinen), over een bepaald bereik van deeltjesgroottes (door de maximale en minimale kanaaldiepten te vergroten of te verkleinen), en voor geselecteerde materialen (door de oppervlaktechemie van de kanalen te conformeren om de interactie met een specifieke stof te optimaliseren). De onderzoekers zijn ook geïnteresseerd in het bepalen of hun techniek kan worden gebruikt om mengsels van nanodeeltjes met vergelijkbare grootte maar met verschillende vormen te scheiden, bijvoorbeeld, mengsels van buizen en bollen.