De functionaliteit van nanodeeltjes in tal van toepassingen, inclusief medicijnafgifte en nano-optica, wordt vaak bepaald door hun massa en grootte. Het gelijktijdig meten van deze eigenschappen voor hetzelfde nanodeeltje was ook een uitdaging.

Nu hebben wetenschappers van de Universiteit van Melbourne en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) ontdekt dat deze meetprestatie kan worden uitgevoerd door de nanodeeltjes te passeren, in hun oorspronkelijke oplossing, door een goedkope en eenvoudige mechanische buis.

In een artikel dat vandaag in Nature Communications is gepubliceerd, beschrijven onderzoekers hoe ze de ontdekking deden met behulp van bestaande instrumenten en nieuwe wiskunde.

Eenvoudige massabalansen werken door de frequentie van een mechanische resonator te volgen. Maar kunnen deze balansen ook worden gebruikt om de grootte te meten? Om deze vraag te beantwoorden, het team bestudeerde hoe nanodeeltjes bewegen wanneer ze in een met mechanische vloeistof gevulde buis worden geplaatst die vibreert.

Co-lead auteur en University of Melbourne Research Fellow, Dr. Jesse F. Collis, zegt dat "terwijl eerdere toepassingen zich richtten op de op- en neergaande beweging van nanodeeltjes ten opzichte van de omringende vloeistof, we vroegen ons af over het effect van rotatiebeweging."

MIT postdoctoraal fellow en co-lead auteur, Georgios Katsikis, maakte de belangrijkste experimentele observatie dat de trilling van de buis kan veranderen, zelfs als de buis niet op en neer trilt.

"Dit verbaasde me. Iedereen had gedacht dat geen op-en-neer beweging geen signaal betekende. We wilden begrijpen wat er achter dit signaal zat."

Wetenschappers dachten eerder dat als je een nanodeeltje in een buisje laat drijven en het schudt, de respons zou evenredig zijn met de massa van het deeltje. Maar de nieuwe studie toont aan dat, naast deze goed begrepen reactie, er bestaat een tweede respons die evenredig is met de grootte van het deeltje.

"In principe, het nanodeeltje maakt een gat in de vloeistof waardoor de vloeistofstroom verandert, " Dr. Collis zei. "Het is dit fenomeen dat ons in staat stelt nieuwe wiskunde te ontwikkelen om de buistrillingen aan het gat te koppelen, en vandaar de deeltjesgrootte naast de massa."

De bevindingen hebben belangrijke implicaties voor de biotechnologie, waar kennis van deeltjesgrootte kan worden gebruikt om de bestaande toepassingen van massa te vergroten. Virale vectoren bij de ontwikkeling van vaccins kunnen worden gewogen om te controleren of DNA met succes in een virus is verpakt. Grootte kan informatie verschaffen als het virus klonten van aggregaten vormt, wat de effectiviteit van de behandeling vermindert.

corresponderende auteurs, Professor John Sader (Universiteit van Melbourne) en Professor Scott Manalis (MIT), regisseerde de wiskundige en experimentele aspecten van de studie.

De bevindingen zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .