Misura precisa del peso molecolare, dimensione e densità di una nanoparticella in un'unica procedura è ora possibile, grazie ad un metodo di ultracentrifugazione, rispolverato dagli scienziati svizzeri dell'EPFL.
Sebbene le nanoparticelle siano utilizzate in una varietà di domini, come la medicina, energia solare e fotonica:c'è ancora molto da scoprire. Stabilire la loro completa caratterizzazione, compresa la massa, dimensione e densità, rimane un esercizio estremamente complesso, e questo fa da freno alla ricerca sul territorio. Però, questa lacuna di conoscenza sarà presto colmata, grazie al lavoro svolto dal Professor Francesco Stellacci di Constellium e dal suo assistente dottorando Randy Carney, dal Laboratorio di nanomateriali e interfacce supramolecolari (SUNMIL). In un recente articolo in Comunicazioni sulla natura , dimostrano che è possibile ottenere la caratterizzazione completa di una nanoparticella core-shell (il core e il guscio esterno) utilizzando un metodo molto semplice:l'ultracentrifugazione analitica. Questa procedura centenaria è stata precedentemente utilizzata, in particolare, studiare la dimensione e la massa delle proteine. È stato applicando il metodo alla loro area di ricerca che gli scienziati dell'EPFL hanno compreso i vantaggi che si potevano ottenere dal suo utilizzo.
Il nucleo e il guscio
Finora, l'analisi di tutti i parametri che caratterizzano il nucleo, così come quelle che caratterizzano il guscio della nanoparticella in un'unica operazione è rimasta una vera sfida. Le nanoparticelle sono infatti polidisperse, che significa che, in un campione, ognuno di essi ha caratteristiche diverse (dimensioni, messa, peso ecc.). “Attualmente, gli scienziati hanno a loro disposizione tecniche affidabili per caratterizzare il nucleo delle nanoparticelle. Ma questo richiede cinque o sei procedure molto complesse per ottenere una caratterizzazione completa”, aggiunge Randy Carney. “Osservando l'ultracentrifugazione analitica, abbiamo scoperto un metodo che ci permette, in un unico processo, per ottenere tutti i parametri richiesti in poche ore.”
Come funziona?
Parlando tecnicamente, il concetto è il seguente:primo, devi diluire le nanoparticelle in una soluzione, e poi mettere la soluzione in un'ultracentrifuga analitica, dotati di un sistema di rilevamento ottico che ne analizza il comportamento. È quindi possibile, utilizzando un processo informatico, determinare il cosiddetto coefficiente di sedimentazione. “Quando li giriamo a una velocità elevata, le nanoparticelle si separano dal liquido in momenti diversi, secondo la loro densità, " spiega Randy Carney. Le particelle più grandi vengono così separate più rapidamente dal liquido. Questa osservazione fornisce un'indicazione del peso della particella, così come il suo diametro.” Parallelamente, gli scienziati si stanno concentrando su un'altra indicazione – solitamente ignorata dalla maggior parte degli studi – che si chiama coefficiente di diffusione delle particelle, che si riferisce al modo in cui si diffondono attraverso il liquido. “Questo fenomeno, che possiamo confrontare con una goccia d'inchiostro nell'acqua, si verifica anche quando il solvente è fermo”.
Usi nell'industria
Se usati insieme, il coefficiente di sedimentazione e il coefficiente di diffusione consentono poi di ottenere una caratterizzazione molto precisa sia del nucleo che del guscio delle nanoparticelle:vale a dire, la loro dimensione, il peso, forma e composizione. Questa è un'informazione molto importante, quando si considera che le proprietà delle nanoparticelle (chimiche, elettronico, magnetici ecc.) dipendono da tutti questi parametri.
Per il momento, questo metodo funziona solo con nanoparticelle sferiche. Però, dovrebbe essere ancora di interesse per i ricercatori attivi nelle nanotecnologie, chi può usarlo anche per altre nanoparticelle, con alcune analisi aggiuntive. “Anche l'industria e le applicazioni biologiche necessitano di un metodo per caratterizzare le nanoparticelle. Questo metodo potrebbe essere molto utile” conclude il professor Stellacci.
