Nanodeeltjes zijn een miljoenste millimeter groot, waardoor ze onzichtbaar zijn voor het menselijk oog. Behalve, dat is, ze liggen onder de microscoop van Prof. Madhavi Krishnan, een biofysicus aan de Universiteit van Zürich. Prof. Krishnan heeft een nieuwe methode ontwikkeld die niet alleen de grootte van de deeltjes meet, maar ook hun elektrostatische lading. Tot nu toe was het niet mogelijk om de lading van de deeltjes direct te bepalen.

Om de afzonderlijke deeltjes in een oplossing te observeren, Prof. Madhavi Krishnan en haar medewerkers «verleiden» elk deeltje in een "elektrostatische val". Het werkt als volgt:tussen twee glasplaten ter grootte van een chip, de onderzoekers creëren duizenden ronde energiegaten. De truc is dat deze gaten slechts een zwakke elektrostatische lading hebben. De wetenschappers voegen dan een druppel van de oplossing toe aan de platen, waarna elk deeltje in een energiegat valt en daar gevangen blijft. Maar de deeltjes blijven niet onbeweeglijk in hun val. In plaats daarvan, moleculen in de oplossing botsen continu met hen, waardoor de deeltjes in een cirkelvormige beweging bewegen. "We meten deze bewegingen, en zijn dan in staat om de lading van elk afzonderlijk deeltje te bepalen, " legt prof. Madhavi Krishnan uit.

Simpel gezegd, deeltjes met slechts een kleine lading maken grote cirkelvormige bewegingen in hun vallen, terwijl degenen met een hoge lading in kleine cirkels bewegen. Dit fenomeen kan worden vergeleken met dat van een lichtgewicht bal die, wanneer gegooid, reist verder dan een zware. De Amerikaanse natuurkundige Robert A. Millikan gebruikte 100 jaar geleden een soortgelijke methode in zijn oliedruppelexperiment om de snelheid van elektrisch geladen oliedruppels te bepalen. 1923, hij ontving de Nobelprijs voor de natuurkunde als erkenning voor zijn prestaties. "Maar hij onderzocht de druppels in een vacuüm, "Prof. Krishnan legt uit. "Wij daarentegen onderzoeken nanodeeltjes in een oplossing die zelf de eigenschappen van de deeltjes beïnvloedt."

Elektrostatische lading van 'nanodrugsverpakkingen'

Voor alle industrieel vervaardigde oplossingen, de elektrische lading van de daarin aanwezige nanodeeltjes is ook van primair belang, omdat het de elektrische lading is die ervoor zorgt dat een vloeibare oplossing stabiel blijft en geen klonterige consistentie ontwikkelt. "Met onze nieuwe methode we krijgen een beeld van de hele suspensie samen met alle deeltjes die erin zitten, " benadrukt prof. Madhavi Krishnan. Een suspensie is een vloeistof waarin minuscule deeltjes of druppels fijn verdeeld zijn, bijvoorbeeld in melk, bloed, verschillende verven, cosmetica, vaccins en tal van geneesmiddelen. “De lading van de deeltjes speelt daarbij een grote rol, " vertelt de in Zürich gevestigde wetenschapper ons.

Een voorbeeld is de vervaardiging van medicijnen die in nauwkeurige doses over een langere periode moeten worden toegediend met behulp van medicijnafgiftesystemen. In deze context, nanodeeltjes fungeren als 'pakketten' die de medicijnen transporteren naar de plaats waar ze moeten werken. Heel vaak, het is hun elektrische lading die hen in staat stelt ongehinderd door weefsel en celmembranen in het lichaam te gaan en zo effect te sorteren. «Daarom is het zo belangrijk om hun lading te kunnen meten. Tot dusverre waren de meeste verkregen resultaten onnauwkeurig», vertelt de onderzoeker ons.

"De nieuwe methode stelt ons in staat om zelfs in realtime een verandering in de lading van een enkele entiteit te meten, ", voegt prof. Madhavi Krishnan toe. "Dit is vooral opwindend voor fundamenteel onderzoek en is nooit eerder mogelijk geweest." Dit komt omdat veranderingen in de leiding een rol spelen bij alle lichamelijke reacties, hetzij in eiwitten, grote moleculen zoals de dubbele DNA-helix, waar genetische make-up is gecodeerd, of celorganellen. "We onderzoeken hoe materiaal werkt op het gebied van miljoensten van een millimeter."