Iedereen die ooit in een laboratorium heeft gewerkt, heeft ze gezien:magnetische roerders die magnetische roerstaafjes in vloeistoffen laten draaien om ze te mengen. De roerstaafjes zijn er in veel verschillende vormen, nu ook in nanometerformaat. In het journaal Angewandte Chemie , onderzoekers uit Singapore hebben nu kettingen geïntroduceerd die zijn gemaakt van 40 nm ijzeroxidedeeltjes die fungeren als 's werelds kleinste magnetische roerstaafjes, effectief roeren van druppels ter grootte van picoliter met een in de handel verkrijgbare magnetische roerder.

Effectief roeren is essentieel bij chemische en biologische experimenten. Dit wordt meestal bereikt met magnetische roerders en roerstaven. Echter, dit werkt niet in de kleine kanaaltjes en druppeltjes die worden gebruikt in lab-on-a-chip-toepassingen en voor experimenten op microliterschaal in de biowetenschappen. Voordelige roerstaafjes die klein genoeg zijn maar toch in staat zijn om externe magnetische energie te absorberen en deze efficiënt te vertalen om kleine volumes te roeren, staan ​​dus hoog op het verlanglijstje.

Het probleem ligt in het kleine formaat van eerdere roerstaafjes ter grootte van een micrometer:ze zijn te groot om te blijven hangen omdat ze door zowel zwaartekracht als magnetische aantrekkingskracht naar de bodem van het vat worden getrokken. Tegelijkertijd, ze zijn te klein om de oplossing volledig te roeren als ze op de bodem liggen, wat werkt voor macroscopische roerstaven. Het grootste deel van de vloeistof blijft onvermengd.

Een team onder leiding van Hongyu Chen van de Nanyang Technological University in Singapore heeft nu een oplossing voor dit probleem gevonden:kleine met siliciumdioxide beklede staafjes gemaakt van op een rij geplaatste ijzeroxide-nanodeeltjes. Ze zijn zelfs makkelijk te maken. Magnetische ijzeroxidedeeltjes met een diameter van 40 nm worden gestabiliseerd met oliezuur, gemodificeerd met citroenzuur om ze in water oplosbaar te maken, en gedispergeerd in een water/propanol-mengsel. Na toevoeging van een organosiliciumverbinding en ammoniak, het reactievat wordt gewoon een nacht bij een magneet laten staan. De roerstaafjes kunnen dan eenvoudig worden opgevangen door te centrifugeren.

De dikte van de siliciumlaag kan worden gecontroleerd, waardoor de productie van roerstaven met een diameter van 75 nm tot 1,4 µm mogelijk is. Hun lengte kan oplopen tot 17 µm. De staven zijn dus zo klein dat ze in oplossing blijven hangen. Toevoeging van een groot aantal roerstaafjes zorgt ervoor dat alle vloeistof wordt geroerd. In het magnetische veld van een conventionele magnetische roerplaat, de afzonderlijke roerstaven bewegen onafhankelijk van elkaar. Zo is het mogelijk om druppels van slechts enkele picoliter grondig te mengen.

De roerstaafjes op nanoschaal kunnen eenvoudig worden verwijderd door de druppels toe te voegen aan een sterke magneet die is gewikkeld in een laag plastic folie. Het magnetische veld trekt de roerstaafjes geleidelijk naar de bodem van de druppeltjes, en de druppeltjes kunnen dan eenvoudig met een pipet worden opgepikt.