I calcoli vanno bene, ma vedere per credere. Questo è il pensiero alla base di un nuovo documento degli studenti della Rice University che hanno deciso di mettere alla prova i calcoli fatti più di un secolo fa.
Nel 1908, il fisico tedesco Gustav Mie ha inventato un'elegante serie di equazioni per descrivere l'interazione delle onde elettromagnetiche con una particella metallica sferica. Da allora la teoria è stata una pietra di paragone per i ricercatori che cercavano di quantificare come le particelle plasmoniche su nanoscala disperdono le radiazioni.
"La teoria di Mie è ampiamente utilizzata ogni volta che si ha a che fare con le nanoparticelle e le loro proprietà ottiche, " ha detto Alexei Tcherniak, uno studente laureato Rice e autore principale del nuovo articolo nell'edizione online di Nano lettere questo mese. "Questo è il fondamento di ogni calcolo."
Tcherniak e Stephan Link, un assistente professore di chimica e ingegneria elettrica e informatica della Rice, co-autore del documento con l'ex studente laureato Ji Won Ha e gli attuali studenti laureati Rice Liane Slaughter e Sergio Dominguez-Medina.
Una migliore caratterizzazione delle singole nanoparticelle è importante per i ricercatori che perseguono sensori ottici microscopici, lunghezza d'onda "super lenti, "catalisi e terapie oncologiche fototermiche che utilizzano nanoparticelle.
"Poiché la tecnologia si sta muovendo verso il rilevamento di particelle singole, volevamo vedere se le previsioni di Mie avrebbero tenuto, " Ha detto Tcherniak. "Le proprietà medie cadono esattamente sulle previsioni della teoria di Mie. Ma mostriamo che le singole particelle si discostano un po'." Le particelle che differiscono per dimensioni possono restituire segnali simili perché variano nella forma e nell'orientamento sul substrato, con cui interagiscono anche loro. La teoria di Mie, sviluppato per particelle sferiche in soluzione molto prima della spettroscopia a particella singola, non ha considerato questi fattori.
Il progetto è iniziato come attività collaterale nel tentativo degli studenti di tracciare singole nanoparticelle in soluzione. È diventato il loro obiettivo principale quando si sono resi conto della portata del compito, che ha comportato l'analisi di cinque serie di particelle d'oro che vanno da 51 a 237 nanometri di larghezza - le dimensioni "biologicamente rilevanti", erniak ha spiegato.
Ogni set di particelle è stato fotografato con un microscopio elettronico a scansione e quindi analizzato per le sue proprietà di assorbimento e diffusione tramite imaging fototermico a particella singola e diffusione laser del campo oscuro.
era noioso, hanno ammesso.
"Quando hai bisogno di trovare una particella di 50 nanometri di diametro su un campione di 5 x 5 millimetri, stai cercando un ago in un pagliaio, " disse Tcherniak. Slaughter e Dominguez-Medina annuirono e ricordarono un'estate di lunghe giornate necessarie per classificare diverse centinaia di particelle -- abbastanza "per ottenere tutti quei punti sul grafico".
Hanno usato un paio di strategie per localizzare le particelle. Uno era quello di mettere le coordinate della griglia in scala micron sul vetrino contenente campioni di nanoparticelle. "Questo ci ha fatto sapere approssimativamente dove erano, " Disse Terniak.
Un altro riguardava l'applicazione di un po' di astronomia alla loro microscopia. Si ritrovarono a cercare "costellazioni" negli schemi delle macchioline. "Abbiamo iniziato a dire, 'Oh, che sembra un naso. Abbiamo un naso da qualche altra parte?'" ha detto Slaughter. "Eravamo così stanchi; i nomi potrebbero non essere stati molto buoni."
Ma i loro risultati lo sono.
"La mia teoria esisteva molto prima che qualcuno sapesse delle nanoparticelle, quindi è una cosa bella poterlo testare, " ha detto Link del lavoro dei suoi studenti. "Questo è importante perché hanno davvero messo insieme gli elementi costitutivi che consentiranno agli scienziati di esaminare strutture più complesse. Non è stato un lavoro facile".
