(Phys.org) - I ricercatori del NIST Center for Nanoscale Science and Technology hanno utilizzato il tracciamento tridimensionale di singole particelle per misurare il comportamento dinamico delle singole nanoparticelle adsorbite sulla superficie delle goccioline di olio su scala micrometrica nell'acqua.
I risultati hanno rivelato che la diffusione delle particelle dipende dalla loro dimensione, con particelle più piccole che diffondono molto più lentamente del previsto. Una comprensione dettagliata di come le nanoparticelle colloidali interagiscono con le interfacce è essenziale per progettarle per applicazioni specifiche in campi che vanno dalla somministrazione di farmaci all'esplorazione e al recupero del petrolio. I ricercatori hanno sviluppato un sistema di controllo del feedback con elettronica di controllo in tempo reale per attivare uno stadio piezoelettrico, spostare il campione per bloccare la nanoparticella in movimento nel volume di osservazione di un microscopio ottico.
La tecnica, che innesca i fotoni raccolti in situ da una singola nanoparticella fluorescente, fornisce informazioni di posizione tridimensionale ad alta risoluzione con un'eccellente risoluzione temporale e con l'ulteriore vantaggio della sensibilità all'attività chimica. Le particelle di dimensioni comprese tra 20 nm e 2000 nm sono state seguite in tempo reale mentre si diffondevano liberamente nell'acqua e sulle superfici curve di goccioline di olio di varie dimensioni. Come previsto, i coefficienti di diffusione scalati con la dimensione delle particelle per le particelle che si diffondono liberamente. Però, si è verificata una diminuzione significativa e inaspettata dei coefficienti di diffusione per i più piccoli ( <200 nm) nanoparticelle quando diffondono all'interfaccia olio-acqua.
Per di più, per una data dimensione delle particelle, i ricercatori hanno osservato un'ampia diffusione nei coefficienti di diffusione misurati all'interfaccia, mentre tale effetto non è stato osservato per le particelle che si diffondono liberamente. Per adattare meglio le misure, il modello di base che funziona bene per le particelle più grandi che si diffondono in un'interfaccia fluido-fluido doveva essere modificato per tenere conto della tensione di linea (l'analogo unidimensionale della tensione superficiale) all'interfaccia tra le nanoparticelle più piccole, l'olio, e l'acqua.
I ricercatori ritengono che la variabilità dei coefficienti di diffusione delle particelle adsorbite all'interfaccia sia molto probabilmente un riflesso di sottili variazioni nella chimica superficiale delle particelle, suggerendo che le misurazioni della diffusione possono fornire un nuovo modo per confrontare le sostanze chimiche sulla superficie delle particelle. Considerando che seguire la dinamica delle particelle isolate fornisce molte informazioni utili sul loro comportamento, i tipici sistemi artificiali e naturali sono di solito molto più complessi, con fluidi eterogenei, ambienti affollati, e forti interazioni particella-particella.
I ricercatori ritengono che utilizzando il tempo reale, tracciamento tridimensionale delle particelle da osservare intenzionalmente inserito, singole particelle traccianti possono fornire uno strumento ideale per sondare sistemi fluidi complicati, come l'interno delle cellule, o miscele olio/acqua intrappolate all'interno di rocce porose.
