(Phys.org) - Een laboratorium van de Rice University heeft een one-size-fits-bijna-all manier bedacht om batches enkelwandige nanobuisjes te meten die belooft onderzoekers en de industrie te helpen efficiënter gebruik te maken van het wonderbaarlijke koolstofmateriaal.

Nanobuisjes die in een enkele batch worden gekweekt, kunnen in lengte variëren van enkele nanometers tot duizenden nanometers. Tot nu, de enige praktische methode om ze te meten was door beeldvorming met een dure atomic force microscope (AFM).

Maar met de nieuwe techniek uit het Rice lab van scheikundige Bruce Weisman, deze maand onthuld in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano , onderzoekers kunnen deze analyses sneller en met minder handenarbeid uitvoeren.

Het eindproduct is een histogram dat de verdeling van lengtes laat zien in een batch nanobuisjes die, individueel, zijn 50, 000 keer dunner dan een mensenhaar.

Dit is precies wat onderzoekers willen weten omdat, zelfs op die schaal, de details zijn groot. Wanneer gebruikt om strengen DNA of medicijnen af ​​te leveren, bijvoorbeeld, enkelwandige koolstofnanobuisjes van 200-300 nanometer lang lijken het gemakkelijkst voor cellen om te absorberen. Andere toepassingen vereisen langere nanobuisjes, bijvoorbeeld, in hightech composietmaterialen voor vliegtuigen en ruimtevaartuigen die de kracht en efficiëntie van de belastingoverdracht nodig hebben die wordt geboden door langere buizen.

Jason Streit, een afgestudeerde student en hoofdauteur van het papier, twee jaar besteed aan het ontwikkelen van een experimentele methode en een beeldverwerkingsalgoritme dat in staat is om batches nanobuisjes te selecteren en te volgen die in oplossing in een klein putje drijven, ongeveer een millimeter breed en iets minder dan twee micrometer diep.

De sterk geautomatiseerde techniek stelt hem in staat om batches van ongeveer 800 nanobuisjes in twee uur te analyseren.

"Tot nu toe was de belangrijkste manier om lengtes te meten bij de AFM, "zei hij. "Daarvoor, je moet een monster voorbereiden, bekijk het onder een microscoop, zorg ervoor dat verontreinigingen zijn verwijderd, neem beelden op en meet vervolgens de lengtes. Het kan voor de meeste werknemers uren en uren duren."

Het nieuwe proces, lengteanalyse door nanobuisdiffusie (LAND) genoemd, is veel eenvoudiger. Hoewel het alleen halfgeleidende enkelwandige nanobuisjes waarneemt, die van nature fluorescerend zijn bij nabij-infrarode golflengten, het zou onderzoekers moeten helpen de karakterisering van batches nanobuisjes te vereenvoudigen.

"Verschillende lengtes hebben verschillende hulpprogramma's en functies in toepassingen, " zei Weisman, een professor in de chemie en een pionier in de wetenschap van nanobuisfluorescentie. "Sommige toepassingen hebben een bepaalde korte lengte nodig, terwijl er anderen zijn waar langer beter is. En momenteel, lengteverdelingen van nanobuisjes worden slecht gecontroleerd.

"Dus een doel is om meer controle te krijgen over de lengte van je nanobuisjes, en daarvoor moet je scheidingsmethoden ontwikkelen. Om scheidingsmethoden te ontwikkelen, je hebt goede karakteriseringstools nodig."

Co-auteur Sergei Bachilo, een onderzoeker bij Rice, vergeleek de behoefte aan nanobuisjes van verschillende grootte met een schoenenwinkel, waar one size zeker niet iedereen past. "Het zou niet goed werken als de winkel alleen schoenen in de gemiddelde maat had, " hij zei.

Als stof in een lichtstraal, nanobuisjes in een vloeibare omgeving bewegen door Brownse beweging. Het is die inherente beweging die hun lengte onthult. Dus Streit maakt video. The resulting movies look like a field of stars blinking and wandering in the night sky, but from those frames he is able to extract trajectories that tell him how long each individually tracked nanotube is. The software also automatically compiles the statistical data to make the histogram.

Some special computations are necessary to account for nanotubes that show "fragmented trajectories, " when a tube disappears behind another or leaves the field of view for a few frames.

The shorter nanotubes (below a few dozen nanometers in length) are hard to capture on video. "They're dimmer, and they move faster, so sometimes they're just a blur, " Weisman said. "One of the tricks Jason uses is to make the liquid in which they're moving more viscous" simply by adding a special sugar. "That slows them down enough to give us a better view.

"We hope that this will be a valuable tool for basic and applied research, " Weisman said. "Right in our laboratory, we're already doing basic photophysical studies in which this method plays a crucial part.

"Diagnostics that are slow and cumbersome just don't get used, " he said. "That's simply the truth. And when you convert to a method that's fast and easy, people will use it a lot more. It not only speeds things up, it leads scientists into activities they never would have undertaken before.

"This is going to be an important method for a lot of what we do around here, and hopefully for other labs as well, " Weisman said.