science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Wetenschappers brengen nanodeeltjes in actie

Debora Kelly.

(Phys.org) —De macroscopische effecten van bepaalde nanodeeltjes op de menselijke gezondheid zijn al lang met het blote oog duidelijk. Wat wetenschappers ontbrak, is het vermogen om de gedetailleerde bewegingen van individuele deeltjes te zien die aanleiding geven tot die effecten.

In een recent gepubliceerde studie, wetenschappers van het Virginia Tech Carilion Research Institute hebben een techniek uitgevonden om de dynamiek van nanodeeltjes in beeld te brengen met atomaire resolutie, aangezien deze dynamiek plaatsvindt in een vloeibare omgeving. De resultaten zullen toelaten, Voor de eerste keer, de beeldvorming van processen op nanoschaal, zoals het opslokken van nanodeeltjes in cellen.

"We waren stomverbaasd toen we de grote mobiliteit in zulke kleine objecten zagen, " zei Deborah Kelly, een assistent-professor aan het Virginia Tech Carilion Research Institute. "We hebben nu een systeem om het gedrag van therapeutische nanodeeltjes met atomaire resolutie te bekijken."

Nanodeeltjes zijn gemaakt van vele materialen en zijn er in verschillende vormen en maten. In de nieuwe studie Kelly en haar collega's kozen ervoor om staafvormige gouden nanodeeltjes de sterren van hun nieuwe moleculaire films te maken. Deze nanodeeltjes, ongeveer zo groot als een virus, worden gebruikt om verschillende vormen van kanker te behandelen. Eenmaal geïnjecteerd, ze hopen zich op in solide tumoren. Infraroodstraling wordt vervolgens gebruikt om ze te verwarmen en nabijgelegen kankercellen te vernietigen.

Om de gouden nanodeeltjes in actie van dichtbij te bekijken, de onderzoekers maakten een vacuümdichte microfluïdische kamer door twee siliciumnitride halfgeleiderchips samen te drukken met een afstandhouder van 150 nanometer ertussen. De microchips bevatten transparante vensters zodat de straal van een transmissie-elektronenmicroscoop er doorheen kon om een ​​beeld op atomaire schaal te creëren.

Door gebruik te maken van de nieuwe techniek, de wetenschappers creëerden twee soorten visualisaties. De eerste bevatte foto's van de atomaire structuren van individuele nanodeeltjes op 100, Vergroting van 000 keer - de beelden met de hoogste resolutie die ooit zijn gemaakt van nanodeeltjes in een vloeibare omgeving.

De tweede visualisatie was een film vastgelegd op 23, 000-voudige vergroting die de bewegingen onthulde van een groep nanodeeltjes die reageren op een elektronenstraal, die de effecten nabootst van de infraroodstraling die wordt gebruikt bij kankertherapieën.

Voor de eerste keer, wetenschappers zijn in staat om nanodeeltjes in actie in een vloeibare omgeving in beeld te brengen.

In de film, de gouden nanodeeltjes kunnen worden gezien surfen op nanoschaal vloedgolven.

"De nanodeeltjes gedroegen zich als zandkorrels die op een strand werden geconcentreerd door beukende golven, " zei Kelly. "We denken dat dit gedrag te maken kan hebben met de reden waarom de nanodeeltjes zich in tumoren concentreren. Ons volgende experiment zal zijn om een ​​kankercel in te brengen om de therapeutische effecten van nanodeeltjes op tumoren te bestuderen."

Het team test ook de resolutie van het microfluïdische systeem met andere reagentia en materialen, waardoor onderzoekers een stap dichter bij het bekijken van levende biologische mechanismen in actie komen met de hoogst mogelijke resolutie.

De studie verscheen in Chemische communicatie in het artikel "De mobiliteit van nanodeeltjes in vloeistof visualiseren met atoomresolutie."