Una chiave inglese o un cacciavite di una misura è utile per alcuni lavori, ma per un progetto più complicato, hai bisogno di un set di strumenti di diverse dimensioni. Seguendo questo principio guida, i ricercatori del National Institute of Standards and Technology hanno progettato un dispositivo fluidico su scala nanometrica che funziona come un "multi-strumento" in miniatura per lavorare con le nanoparticelle:oggetti le cui dimensioni sono misurate in nanometri, o miliardesimi di metro.

Introdotto per la prima volta nel marzo 2009 (vedi "Il team NIST-Cornell costruisce il primo dispositivo nanofluidico al mondo con superfici 3-D complesse", il dispositivo è costituito da una camera con una "scala" a cascata di 30 canali nanofluidici che vanno in profondità da circa 80 nanometri nella parte superiore a circa 620 nanometri (leggermente più piccoli di un batterio medio) nella parte inferiore. Ciascuno dei numerosi "gradini" della scala fornisce un altro "strumento" di dimensioni diverse per manipolare le nanoparticelle in un metodo simile a come una selezionatrice di monete separa i nichel, monetine e quarti.

In un nuovo articolo sulla rivista Laboratorio su un chip , il team di ricerca del NIST dimostra che il dispositivo può eseguire con successo il primo di una serie pianificata di attività su scala nanometrica, separando e misurando una miscela di nanoparticelle sferiche di diverse dimensioni (che vanno da circa 80 a 250 nanometri di diametro) disperse in una soluzione. I ricercatori hanno utilizzato l'elettroforesi, il metodo per spostare le particelle cariche attraverso una soluzione forzandole in avanti con un campo elettrico applicato, per guidare le nanoparticelle dall'estremità profonda della camera attraverso il dispositivo nei canali progressivamente più profondi. Le nanoparticelle sono state etichettate con colorante fluorescente in modo che i loro movimenti potessero essere monitorati con un microscopio.

Come previsto, le particelle più grandi si fermavano quando raggiungevano i gradini della scala con profondità che corrispondevano ai loro diametri di circa 220 nanometri. Le particelle più piccole si sono spostate fino a che, pure, sono stati limitati dal muoversi in canali meno profondi a profondità di circa 110 nanometri. Poiché le particelle erano visibili come punti di luce fluorescenti, la posizione nella camera in cui è stata fermata ogni singola particella potrebbe essere mappata alla profondità del canale corrispondente. Ciò ha permesso ai ricercatori di misurare la distribuzione delle dimensioni delle nanoparticelle e convalidare l'utilità del dispositivo sia come strumento di separazione che come materiale di riferimento. Integrato in un microchip, il dispositivo potrebbe consentire lo smistamento di miscele complesse di nanoparticelle, senza osservazione, per la successiva applicazione. Questo approccio potrebbe rivelarsi più rapido ed economico rispetto ai metodi convenzionali di preparazione e caratterizzazione di campioni di nanoparticelle.

Il team del NIST prevede di progettare dispositivi nanofluidici ottimizzati per diverse applicazioni di smistamento delle nanoparticelle. Questi dispositivi potrebbero essere fabbricati con una risoluzione su misura (aumentando o diminuendo la dimensione del passo dei canali), su un particolare intervallo di dimensioni delle particelle (aumentando o diminuendo la profondità massima e minima del canale), e per materiali selezionati (conformando la chimica superficiale dei canali per ottimizzare l'interazione con una sostanza specifica). I ricercatori sono anche interessati a determinare se la loro tecnica potrebbe essere utilizzata per separare miscele di nanoparticelle con dimensioni simili ma forme diverse, ad esempio, miscele di tubi e sfere.