Nauwkeurige meting van het molecuulgewicht, grootte en dichtheid van een nanodeeltje in een enkele procedure is nu mogelijk, dankzij een ultracentrifugatiemethode, afgestoft door Zwitserse wetenschappers bij EPFL.

Hoewel nanodeeltjes in verschillende domeinen worden gebruikt, zoals medicijnen, zonne-energie en fotonica – daar valt nog veel over te ontdekken. Het vaststellen van hun volledige karakterisering, inclusief massa, grootte en dichtheid, blijft een uiterst complexe oefening, en dit werkt een rem op het onderzoek in het gebied. Echter, deze kennislacune zal spoedig worden opgevuld, dankzij het werk van Constellium Professor Francesco Stellacci en zijn doctoraatsstudent-assistent Randy Carney, van het Supramoleculaire Nanomaterialen en Interfaces Laboratory (SUNMIL). In een recent artikel in Natuurcommunicatie , ze tonen aan dat het mogelijk is om de volledige karakterisering van een kern-schil nanodeeltje (de kern en de externe schil) te verkrijgen met behulp van een zeer eenvoudige methode - analytische ultracentrifugatie. Deze 100 jaar oude procedure is eerder gebruikt, vooral, om de grootte en massa van eiwitten te bestuderen. Het was door de methode toe te passen op hun onderzoeksgebied dat de EPFL-wetenschappers de voordelen realiseerden die uit het gebruik ervan konden worden gehaald.

De kern en de schaal

Tot dusver, de analyse van alle parameters die de kern kenmerken, evenals die welke de schil van het nanodeeltje in een enkele operatie karakteriseren, is een echte uitdaging gebleven. De nanodeeltjes zijn inderdaad polydispers, wat betekent dat, in een monster, elk van hen heeft verschillende kenmerken (grootte, massa, gewicht enz.). “Momenteel wetenschappers beschikken over betrouwbare technieken om de kern van nanodeeltjes te karakteriseren. Maar dit vereist vijf of zes zeer complexe procedures om een ​​volledige karakterisering te verkrijgen”, voegt Randy Carney toe. “Door te kijken naar analytische ultracentrifugatie, ontdekten we een methode die ons in staat stelt, in één proces, om alle vereiste parameters in een paar uur te verkrijgen.”

Hoe werkt het?

Technisch sprekend, het concept is als volgt:ten eerste, je moet de nanodeeltjes verdunnen in een oplossing, en dan de oplossing in een analytische ultracentrifuge te doen, uitgerust met een optisch detectiesysteem dat hun gedrag analyseert. Het is dan mogelijk, met behulp van een computerproces, om te bepalen wat de sedimentatiecoëfficiënt wordt genoemd. “Als we ze met hoge snelheid ronddraaien, de nanodeeltjes scheiden zich op verschillende momenten van de vloeistof, volgens hun dichtheid, ', legt Randy Carney uit. Zo worden de grootste deeltjes sneller van de vloeistof gescheiden. Deze waarneming geeft een indicatie van het gewicht van het deeltje, evenals zijn diameter.” Parallel hieraan, de wetenschappers richten zich op een andere indicatie - die door de meeste onderzoeken meestal wordt genegeerd - die de deeltjesdiffusiecoëfficiënt wordt genoemd, die betrekking heeft op de manier waarop ze zich door de vloeistof verspreiden. “Dit fenomeen, die we kunnen vergelijken met een druppel inkt in water, treedt zelfs op als het oplosmiddel stilstaat.”

Gebruik in de industrie

Wanneer samen gebruikt, de sedimentatiecoëfficiënt en de diffusiecoëfficiënt maken dan een zeer nauwkeurige karakterisering van zowel de kern als de schil van de nanodeeltjes mogelijk:dat wil zeggen, hun grootte, gewicht, vorm en samenstelling. Dit is zeer belangrijke informatie, als we bedenken dat de eigenschappen van de nanodeeltjes (chemisch, elektronisch, magnetisch enz.) zijn afhankelijk van al deze parameters.

Op dit moment, deze methode werkt alleen met bolvormige nanodeeltjes. Echter, het moet nog steeds interessant zijn voor onderzoekers die actief zijn in nanotechnologieën, die het ook voor andere nanodeeltjes kan gebruiken, met enkele aanvullende analyses. “Industriële en biologische toepassingen hebben ook een methode nodig om nanodeeltjes te karakteriseren. Deze methode zou heel nuttig kunnen zijn”, besluit professor Stellacci.