Gli ingegneri di processo della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hanno sviluppato un metodo per determinare la dimensione e la forma delle nanoparticelle in dispersioni molto più velocemente che mai. Basato su nanotubi d'oro, hanno dimostrato che le distribuzioni di lunghezza e diametro possono essere misurate con precisione in un unico passaggio invece delle complicate serie di immagini al microscopio elettronico che sono state necessarie fino ad ora. Vengono utilizzate nanoparticelle di metalli preziosi, Per esempio, come catalizzatori e agenti di contrasto per la diagnosi del cancro.

Nel Medioevo, particelle d'oro sono state utilizzate per creare vivaci colori rosso e blu, Per esempio, per illustrare scene bibliche in vetrate. Questo effetto è causato dall'interazione tra i campi elettromagnetici della luce in arrivo con gli elettroni nel metallo, che vibrano collettivamente. Le nanoparticelle di oro o argento sono di interesse per le moderne applicazioni in biotecnologia e come catalizzatori, mentre le loro proprietà ottiche sono applicate nella tecnologia di imaging medico, dove agiscono come mezzo di contrasto per la diagnosi dei tumori. Le particelle sono appositamente sintetizzate per vari scopi, poiché le loro proprietà dipendono dalla loro dimensione, forma, superficie, struttura interna e composizione.

Il monitoraggio di questo processo di sintesi è molto complesso:mentre è relativamente semplice determinare la dimensione delle nanoparticelle utilizzando tecniche di misurazione ottica, un gran numero di immagini al microscopio elettronico devono essere analizzate in un processo dettagliato e dispendioso in termini di tempo prima di poter determinare la forma della particella. Ciò ostacola lo sviluppo di nuovi metodi di produzione e lavorazione, poiché sono necessarie misurazioni che richiedono tempo per tenere traccia di eventuali modifiche alle dimensioni o alle proprietà delle particelle.

Determinare dimensione e forma in un solo passaggio

Insieme ai gruppi di lavoro nel campo della matematica guidati dal Dr. Lukas Pflug e dal Prof. Dr. Michael Stingl, e chimica fisica, guidato dalla Prof.ssa Dott.ssa Carola Kryschi, gli ingegneri di processo della FAU guidati da Simon Wawra e dal Prof. Dr. Wolfgang Peukert hanno sviluppato un nuovo metodo per misurare la distribuzione della lunghezza e del diametro delle nanobarre d'oro plasmoniche in un singolo esperimento.

In un primo passo, le particelle vengono disperse in acqua in un bagno ad ultrasuoni, dove affondano per centrifugazione. Allo stesso tempo, sono presi di mira da lampi di luce, e le loro proprietà spettrali registrate utilizzando un rivelatore. "Combinando l'ottica di assorbimento a più lunghezze d'onda e l'ultracentrifugazione analitica, siamo stati in grado di misurare contemporaneamente le proprietà ottiche e sedimentarie delle nanobarre, " spiega il Prof. Dr. Wolfgang Peukert. I ricercatori hanno basato il loro metodo di analisi sul fatto che sia la velocità di sedimentazione che la forza dell'assorbimento della luce dipendono dal diametro e dalla lunghezza delle nanobarre. "La distribuzione della lunghezza, diametro, proporzioni, superficie e volume possono essere ricavati direttamente come risultato, " spiega Wolfgang Peukert.

Il metodo sviluppato alla FAU non si limita alle nanoparticelle di metalli preziosi. Può essere utilizzato su una serie di materiali plasmonicamente attivi e può essere esteso anche ad altre forme geometriche. Durante la sintesi, particelle a forma di sfera vengono create contemporaneamente alle nanobarre, e anche la loro distribuzione e percentuale in massa nel campione possono essere misurate con precisione. Peukert:"Il nostro nuovo metodo consente un'analisi completa e quantitativa di questi sistemi di particelle molto interessanti. Riteniamo che il nostro lavoro contribuirà a caratterizzare le nanoparticelle plasmoniche in modo rapido e affidabile durante la sintesi e in una serie di applicazioni".