(PhysOrg.com) -- De neiging van nanodeeltjes om samen te klonteren in oplossing - 'agglomeratie' - is van groot belang omdat de grootte van de clusters een belangrijke rol speelt in het gedrag van de materialen. toxiciteit, de persistentie van de nanomaterialen in het milieu, hun werkzaamheid als biosensoren en, wat dat betreft, de nauwkeurigheid van experimenten om deze factoren te meten, waarvan bekend is dat ze worden beïnvloed door agglomeratie en clustergrootte. Recent werk bij het National Institute of Standards and Technology biedt een manier om zowel de verdeling van clustergroottes in een monster als de karakteristieke lichtabsorptie voor elke grootte nauwkeurig te meten. Dat laatste is belangrijk voor de toepassing van nanodeeltjes in biosensoren.

Een goed voorbeeld van de mogelijke toepassing van het werk, zegt NIST biomedisch ingenieur Justin Zook, is bezig met de ontwikkeling van biosensoren voor nanodeeltjes voor ultragevoelige zwangerschapstesten. Gouden nanodeeltjes kunnen worden gecoat met antilichamen tegen een hormoon dat kort na de conceptie door een embryo wordt geproduceerd. Meerdere gouden nanodeeltjes kunnen aan elk hormoon binden, clusters vormen die een andere kleur hebben dan niet-geclusterde gouden nanodeeltjes. Maar alleen bepaalde grootteclusters zijn optimaal voor deze meting, dus weten hoe lichtabsorptie verandert met de clustergrootte, maakt het gemakkelijker om de biosensoren te ontwerpen om te resulteren in clusters van precies de juiste grootte.

Het NIST-team bereidde eerst monsters van gouden nanodeeltjes - een nanomateriaal dat veel wordt gebruikt in de biologie - in een standaard celkweekoplossing, met behulp van hun eerder ontwikkelde techniek voor het maken van monsters met een gecontroleerde verdeling van maten. De deeltjes mogen agglomereren in geleidelijk groeiende clusters en het klonteringsproces wordt na verschillende tijdsperioden "uitgeschakeld" door een stabilisator toe te voegen die verdere agglomeratie voorkomt.

Vervolgens gebruikten ze een techniek genaamd analytische ultracentrifugatie (AUC) om de clusters tegelijkertijd op grootte te sorteren en hun lichtabsorptie te meten. De centrifuge zorgt ervoor dat de nanodeeltjesclusters op grootte scheiden, de kleinere, lichtere clusters die langzamer bewegen dan de grotere. Terwijl dit gebeurt, de monstercontainers worden herhaaldelijk gescand met licht en de hoeveelheid licht die door het monster gaat voor elke kleur of frequentie wordt geregistreerd. Hoe groter het cluster, hoe meer licht wordt geabsorbeerd door lagere frequenties. Door de absorptie op frequentie over de monstercontainers te meten, kunnen de onderzoekers zowel de geleidelijke scheiding van clustergroottes bekijken als geabsorbeerde frequenties correleren met specifieke clustergroottes.

De meeste eerdere metingen van absorptiespectra voor oplossingen van nanodeeltjes waren alleen in staat om de bulkspectra te meten - de absorptie van alle verschillende clustergroottes met elkaar vermengd. AUC maakt het mogelijk om de hoeveelheid en distributie van elk nanodeeltjescluster te meten zonder te worden verward door andere componenten in complexe biologische mengsels, zoals eiwitten. De techniek werd voorheen alleen gebruikt om deze metingen te doen voor enkele nanodeeltjes in oplossing. De NIST-onderzoekers laten als eersten zien dat de procedure ook werkt voor nanodeeltjesclusters.