(Phys.org) — Un laboratorio della Rice University ha escogitato un modo quasi unico per misurare lotti di nanotubi a parete singola che promette di aiutare i ricercatori e l'industria a fare un uso più efficiente del meraviglioso materiale di carbonio.

I nanotubi coltivati ​​in un unico lotto possono variare in lunghezza da pochi nanometri a migliaia di nanometri. Fino ad ora, l'unico metodo pratico per misurarli era l'imaging con un costoso microscopio a forza atomica (AFM).

Ma con la nuova tecnica del laboratorio Rice del chimico Bruce Weisman, rivelato questo mese sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano , i ricercatori saranno in grado di eseguire queste analisi più rapidamente e con meno lavoro manuale.

Il prodotto finale è un istogramma che mostra la distribuzione delle lunghezze in un lotto di nanotubi che, individualmente, sono 50, 000 volte più sottile di un capello umano.

Questo è proprio il tipo di cosa che i ricercatori vogliono sapere perché, anche a quella scala, i dettagli sembrano grandi. Quando viene utilizzato per fornire filamenti di DNA o farmaci, Per esempio, nanotubi di carbonio a parete singola lunghi 200-300 nanometri sembrano più facili da assorbire per le cellule. Altre applicazioni richiedono nanotubi più lunghi, Per esempio, in materiali compositi ad alta tecnologia per aerei e veicoli spaziali che necessitano della resistenza e dell'efficienza di trasferimento del carico offerte da tubi più lunghi.

Jason Streit, uno studente laureato e autore principale del documento, trascorso due anni a sviluppare un metodo sperimentale e un algoritmo di elaborazione delle immagini in grado di individuare e tracciare lotti di nanotubi galleggianti in soluzione in un minuscolo pozzo, circa un millimetro di diametro e poco meno di due micrometri di profondità.

La tecnica altamente automatizzata gli consente di analizzare lotti di circa 800 nanotubi in due ore.

"Il modo principale per misurare le lunghezze fino ad ora è stato con AFM, " ha detto. "Per questo, devi preparare un campione, guardalo al microscopio, assicurarsi che i contaminanti siano stati rimossi, registrare le immagini e quindi misurare le lunghezze. Possono volerci ore e ore per la maggior parte dei lavoratori".

Il nuovo processo, chiamata analisi della lunghezza mediante diffusione di nanotubi (LAND), è molto più semplice. Sebbene osservi solo i nanotubi semiconduttori a parete singola, che sono naturalmente fluorescenti alle lunghezze d'onda del vicino infrarosso, dovrebbe aiutare i ricercatori a semplificare la caratterizzazione dei lotti di nanotubi.

"Lunghezze diverse hanno utilità e funzioni diverse nelle applicazioni, " ha detto Weismann, un professore di chimica e un pioniere nella scienza della fluorescenza dei nanotubi. "Alcune applicazioni richiedono una certa lunghezza, mentre ce ne sono altri in cui più a lungo è meglio. E attualmente, le distribuzioni della lunghezza dei nanotubi sono scarsamente controllate.

"Quindi un obiettivo è ottenere un maggiore controllo sulla lunghezza dei tuoi nanotubi, e per farlo è necessario sviluppare metodi di separazione. Per sviluppare metodi di separazione, hai bisogno di buoni strumenti di caratterizzazione."

Co-autore Sergei Bachilo, un ricercatore alla Rice, confrontato la necessità di nanotubi di dimensioni diverse con un negozio di scarpe, dove una taglia sicuramente non va bene per tutti. "Non funzionerebbe molto bene se il negozio avesse solo scarpe di taglia media, " Egli ha detto.

Come polvere in un raggio di luce, i nanotubi in un ambiente liquido si muovono a causa del moto browniano. È quel movimento intrinseco che rivela la loro lunghezza. Quindi Streit prende il video. I film risultanti sembrano un campo di stelle che lampeggiano e vagano nel cielo notturno, ma da quei frame è in grado di estrarre traiettorie che gli dicono quanto è lungo ogni nanotubo tracciato individualmente. The software also automatically compiles the statistical data to make the histogram.

Some special computations are necessary to account for nanotubes that show "fragmented trajectories, " when a tube disappears behind another or leaves the field of view for a few frames.

The shorter nanotubes (below a few dozen nanometers in length) are hard to capture on video. "They're dimmer, and they move faster, so sometimes they're just a blur, " Weisman said. "One of the tricks Jason uses is to make the liquid in which they're moving more viscous" simply by adding a special sugar. "That slows them down enough to give us a better view.

"We hope that this will be a valuable tool for basic and applied research, " Weisman said. "Right in our laboratory, we're already doing basic photophysical studies in which this method plays a crucial part.

"Diagnostics that are slow and cumbersome just don't get used, " he said. "That's simply the truth. And when you convert to a method that's fast and easy, people will use it a lot more. It not only speeds things up, it leads scientists into activities they never would have undertaken before.

"This is going to be an important method for a lot of what we do around here, and hopefully for other labs as well, " Weisman said.