Procesingenieurs van de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hebben een methode ontwikkeld om de grootte en vorm van nanodeeltjes in dispersies aanzienlijk sneller dan ooit te bepalen. Gebaseerd op gouden nanostaafjes, ze toonden aan dat lengte- en diameterverdelingen in één stap nauwkeurig kunnen worden gemeten in plaats van de gecompliceerde reeks elektronenmicroscopische afbeeldingen die tot nu toe nodig waren. Nanodeeltjes uit edele metalen worden gebruikt, bijvoorbeeld, als katalysatoren en contrastmiddelen voor de diagnose van kanker.

In de middeleeuwen, gouddeeltjes werden gebruikt om levendige rode en blauwe kleuren te creëren, bijvoorbeeld, om bijbelse taferelen in glas-in-loodramen te illustreren. Dit effect wordt veroorzaakt door de interactie tussen de elektromagnetische velden van het invallende licht met de elektronen in het metaal, die samen trillen. Nanodeeltjes van goud of zilver zijn van belang voor moderne toepassingen in de biotechnologie en als katalysator, terwijl hun optische eigenschappen worden toegepast in medische beeldvormingstechnologie, waar ze fungeren als contrastmiddel voor de diagnose van tumoren. De deeltjes worden speciaal voor verschillende doeleinden gesynthetiseerd, omdat hun eigenschappen afhangen van hun grootte, vorm, oppervlakte, innerlijke structuur en compositie.

Het monitoren van dit syntheseproces is zeer complex:hoewel het relatief eenvoudig is om de grootte van de nanodeeltjes te bepalen met behulp van optische meettechnieken, een groot aantal elektronenmicroscopische beelden moeten in een gedetailleerd en tijdrovend proces worden geanalyseerd voordat de vorm van het deeltje kan worden bepaald. Dit belemmert de ontwikkeling van nieuwe productie- en verwerkingsmethoden, omdat tijdrovende metingen nodig zijn om eventuele veranderingen in de grootte of eigenschappen van de deeltjes bij te houden.

Maat en vorm bepalen in slechts één stap

Samen met werkgroepen uit de wiskunde onder leiding van Dr. Lukas Pflug en Prof. Dr. Michael Stingl, en fysische chemie, onder leiding van Prof. Dr. Carola Kryschi, procesingenieurs van de FAU onder leiding van Simon Wawra en Prof. Dr. Wolfgang Peukert hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het meten van de lengte- en diameterverdeling van plasmonische gouden nanostaafjes in één enkel experiment.

In een eerste stap, de deeltjes worden in een ultrasoonbad in water gedispergeerd, waar ze door centrifugeren zinken. Tegelijkertijd, ze worden beschoten met lichtflitsen, en hun spectrale eigenschappen vastgelegd met behulp van een detector. "Door absorptie-optica met meerdere golflengten en analytische ultracentrifugatie te combineren, we konden tegelijkertijd de optische en sedimentaire eigenschappen van de nanostaafjes meten, " legt prof. dr. Wolfgang Peukert uit. De onderzoekers baseerden hun analysemethode op het feit dat zowel de sedimentatiesnelheid als de sterkte van de lichtabsorptie afhankelijk zijn van de diameter en lengte van nanostaafjes. "De verdeling van lengte, diameter, beeldverhouding, oppervlakte en volume kunnen hierdoor direct worden afgeleid, ", legt Wolfgang Peukert uit.

De bij FAU ontwikkelde methode beperkt zich niet tot nanodeeltjes gemaakt van edele metalen. Het kan worden gebruikt op een aantal plasmonisch actieve materialen en kan ook worden uitgebreid tot andere geometrische vormen. Tijdens de synthese, bolvormige deeltjes ontstaan ​​tegelijk met nanostaafjes, en hun verdeling en massapercentage in het monster kunnen ook nauwkeurig worden gemeten. Peukert:"Onze nieuwe methode maakt een uitgebreide en kwantitatieve analyse van deze zeer interessante deeltjessystemen mogelijk. We geloven dat ons werk zal bijdragen aan het snel en betrouwbaar kunnen karakteriseren van plasmonische nanodeeltjes tijdens synthese en in een aantal toepassingen."