Una collaborazione internazionale franco-olandese che coinvolge ricercatori dei laboratori di fisica e idrodinamica della materia condensata dell'Università di Parigi-Saclay e dell'Istituto Van't Hoff per le scienze molecolari dell'Università di Amsterdam ha portato a un nuovo metodo per la determinazione molto precisa del flusso di fluido in reti capillari in tempo reale. La loro prova di principio è pubblicata nell'edizione di questa settimana di Nanotecnologia della natura .

A HIMS Fred Brouwer, professore di Spettroscopia e Materiali Fotonici, insieme al tecnico di ricerca Michiel Hilbers ha contribuito con l'imaging confocale e le misurazioni di singole particelle delle nanobarre. La collaborazione è stata supportata da LaserLab Europe.

Lo studio del flusso di fluidi nelle reti capillari è rilevante in molti campi. Come esempio, la determinazione della circolazione sanguigna nelle arterie è un aspetto importante dello studio della formazione della placca nell'aterosclerosi. Sebbene le simulazioni idrodinamiche possano fornire informazioni importanti, sono necessari studi sperimentali per la conferma definitiva.

Però, caratterizzare flussi sulla scala di poche centinaia di nanometri è piuttosto difficile. L'attuale tecnica di velocimetria di imaging delle particelle (PIV), tracciare gli spostamenti delle microsfere fluorescenti, non può essere praticamente utilizzato per l'osservazione locale in tempo reale di sistemi dinamici. Per di più, nel caso di gradienti di velocità (shear) comuni alle reti capillari, PIV mostra scarsi rapporti segnale-rumore e scarsa risoluzione spaziale.

nella loro Nanotecnologia della natura carta, il gruppo di ricerca franco-olandese segnala ora l'uso di nanobarre piuttosto che di sfere. Mostrano che il rilevamento istantaneo dell'orientamento collettivo delle nanobarre in un piccolo volume focale consente la misurazione diretta e la scansione rapida della velocità di taglio locale. Come prova del concetto, dimostrano la mappatura tomografica della distribuzione di taglio in un sistema modello microfluidico utilizzando la microscopia confocale a scansione.

I ricercatori hanno sintetizzato nanotubi di cristalli di fosfato di lantanio (LaPO4), drogato con ioni luminescenti di europio (Eu3+). Come tronchi di alberi che galleggiano su un fiume questi nanotubi, 10 nm di diametro e 200 nm di lunghezza, orientarsi gradualmente lungo la direzione del flusso. Grazie alle proprietà di emissione di luce fortemente polarizzata degli ioni europio il loro orientamento spaziale potrebbe essere tracciato mediante il loro spettro di emissione. Così, è stato possibile analizzare, in tempo reale e con una risoluzione senza pari, il flusso di un fluido in un canale microfluidico di piccole dimensioni.

Questo lavoro apre prospettive promettenti per la comprensione fondamentale dei fenomeni legati al flusso di un fluido in canali complessi. Oltre questo, queste sonde di orientamento potrebbero essere utilizzate anche in biologia, seguire in situ complessi meccanismi legati alla dinamica di orientamento delle bio-macromolecole al fine di spiegarne le proprietà e le modalità di azione.