(PhysOrg.com) -- La tendenza delle nanoparticelle ad aggregarsi in soluzione - "agglomerazione" - è di grande interesse perché la dimensione dei cluster gioca un ruolo importante nel comportamento dei materiali. Tossicità, la persistenza dei nanomateriali nell'ambiente, la loro efficacia come biosensori e, per questo motivo, l'accuratezza degli esperimenti per misurare questi fattori, sono tutti noti per essere influenzati dall'agglomerazione e dalla dimensione dei cluster. Il lavoro recente presso il National Institute of Standards and Technology offre un modo per misurare con precisione sia la distribuzione delle dimensioni dei cluster in un campione sia l'assorbimento di luce caratteristico per ciascuna dimensione. Quest'ultimo è importante per l'applicazione delle nanoparticelle nei biosensori.

Un buon esempio della potenziale applicazione del lavoro, afferma l'ingegnere biomedico del NIST Justin Zook, è nello sviluppo di biosensori a nanoparticelle per test di gravidanza ultrasensibili. Le nanoparticelle d'oro possono essere rivestite con anticorpi contro un ormone prodotto da un embrione poco dopo il concepimento. Più nanoparticelle d'oro possono legarsi a ciascun ormone, formando cluster che hanno un colore diverso dalle nanoparticelle d'oro non cluster. Ma solo alcuni cluster di dimensioni sono ottimali per questa misurazione, quindi sapere come cambia l'assorbanza della luce con la dimensione del cluster rende più facile progettare i biosensori per ottenere cluster delle giuste dimensioni.

Il team del NIST ha prima preparato campioni di nanoparticelle d'oro, un nanomateriale ampiamente utilizzato in biologia, in una soluzione di coltura cellulare standard, utilizzando la loro tecnica precedentemente sviluppata per creare campioni con una distribuzione controllata delle dimensioni. Le particelle vengono lasciate agglomerare in grappoli che crescono gradualmente e il processo di aggregazione viene "disattivato" dopo periodi di tempo variabili aggiungendo un agente stabilizzante che impedisce un'ulteriore agglomerazione.

Hanno quindi utilizzato una tecnica chiamata ultracentrifugazione analitica (AUC) per ordinare contemporaneamente i cluster in base alle dimensioni e misurare il loro assorbimento di luce. La centrifuga fa sì che i cluster di nanoparticelle si separino per dimensione, il più piccolo, grappoli più leggeri che si muovono più lentamente di quelli più grandi. Mentre questo accade, i contenitori dei campioni vengono ripetutamente scansionati con la luce e viene registrata la quantità di luce che passa attraverso il campione per ogni colore o frequenza. Più grande è il cluster, più luce viene assorbita dalle frequenze più basse. La misurazione dell'assorbimento in base alla frequenza attraverso i contenitori dei campioni consente ai ricercatori sia di osservare la graduale separazione delle dimensioni dei cluster sia di correlare le frequenze assorbite con specifiche dimensioni dei cluster.

La maggior parte delle misurazioni precedenti degli spettri di assorbimento per soluzioni di nanoparticelle era in grado di misurare solo gli spettri di massa, l'assorbimento di tutte le diverse dimensioni dei cluster mescolate insieme. L'AUC consente di misurare la quantità e la distribuzione di ciascun cluster di nanoparticelle senza essere confuso da altri componenti in miscele biologiche complesse, come le proteine. La tecnica in precedenza era stata utilizzata solo per effettuare queste misurazioni per singole nanoparticelle in soluzione. I ricercatori del NIST sono i primi a dimostrare che la procedura funziona anche per i cluster di nanoparticelle.