Consiguen separar nanopartículas por tamaño en tiempo real con ‘luz retorcida’

Investigadores de Austria han creado una técnica para caracterizar nanopartículas en mezclas suspendidas.

Desarrollada por Marko Šimić y sus colegas de la Universidad de Graz, la nueva técnica impulsa las nanopartículas en trayectorias en espiral con velocidades que dependen del tamaño, lo que permite estudiar nanopartículas de diferentes tamaños por separado.

Este nuevo enfoque podría conducir a mejoras en la forma en que se procesan las nanopartículas.

Las nanopartículas se utilizan en una amplia gama de productos comerciales y procesos industriales, incluidos cosméticos, papel, pinturas y productos farmacéuticos.

Muchas de estas aplicaciones implican la suspensión de nanopartículas dentro de un líquido o gel y, para garantizar el mejor rendimiento posible de estos productos, es importante controlar el tamaño de las nanopartículas.

Esto se puede hacer mediante la dispersión dinámica de la luz, una técnica que se basa en el movimiento browniano aleatorio de las nanopartículas en un líquido.

El movimiento browniano ocurre cuando una nanopartícula es empujada por las moléculas circundantes y, por lo tanto, el movimiento es más pronunciado para las partículas más pequeñas.

El movimiento browniano se revela midiendo las fluctuaciones en la luz dispersada por las mezclas de nanopartículas.

Si bien esta técnica funciona razonablemente bien para nanopartículas más pequeñas, las nanopartículas más grandes se ven menos afectadas por el movimiento browniano, por lo que sus tamaños son mucho más difíciles de monitorear.

Además, la técnica no puede caracterizar el tamaño en tiempo real, lo cual es un requisito cada vez más importante para los procesos de fabricación modernos.

El equipo de Šimić ha adoptado un nuevo enfoque que llama inducción de fuerza optofluídica (OF2i).

Esto implica bombear una mezcla de nanopartículas a través de un canal de microfluidos, en la misma dirección que un vórtice óptico débilmente enfocado.

Este último es un rayo láser con un frente de onda que gira alrededor de la dirección de propagación como un sacacorchos y lleva un momento angular orbital.

Las partículas de diferentes tamaños son aceleradas a diferentes velocidades por el rayo láser, proporcionando una forma de caracterizar el tamaño de las partículas en la muestra.

Sin embargo, debido a que las partículas de diferentes tamaños se mueven a diferentes velocidades, las colisiones de partículas son comunes, lo que degrada la separación de velocidades.

El equipo de Šimić resolvió este problema utilizando luz láser torcida.

Esto transfiere el momento angular a las nanopartículas, llevándolas a trayectorias en forma de espiral.

Las partículas con diferentes masas siguen diferentes trayectorias, lo que evita colisiones.

Šimić y sus colegas detectaron la luz dispersada por las nanopartículas en espiral utilizando un microscopio colocado debajo del canal, lo que les permitió rastrear las trayectorias de las partículas individuales.

A partir de las formas de estas trayectorias, podrían determinar las velocidades de las correspondientes nanopartículas.

Usando esta información, pudieron determinar los tamaños de las partículas en el líquido en tiempo real.

El equipo probó la configuración utilizando nanopartículas de poliestireno, con diámetros que oscilan entre 200 y 900 nm.

Estos tamaños están más allá de las capacidades de la dispersión de luz dinámica.

Al adaptar aún más su técnica, el equipo espera que OF2i también pueda usarse para medir otras características de nanopartículas, incluidas sus formas y composiciones químicas.

Por ahora, aún no está claro si OF2i funcionará con materiales distintos al poliestireno, y este será el foco de los futuros experimentos de los investigadores.

Pero si su técnica mantiene su rendimiento para otros nanomateriales, Šimić y sus colegas esperan que pueda proporcionar un banco de trabajo flexible para el procesamiento de nanomateriales que allane el camino para nuevos avances en una amplia gama de aplicaciones.

Fuente: Physics World