Máxima precisión: La fibra microestructurada mide el tamaño de las nanopartículas
Mejor investigación sobre cuestiones medioambientales y bioanalíticas en el futuro
Investigadores del Instituto Leibniz de Tecnología Fotónica (Leibniz IPHT) han desarrollado un nuevo diseño de fibra de vidrio que permite observaciones excepcionalmente largas de un gran número de nanopartículas individuales que se mueven libremente en un líquido. Esto permite determinar con mayor precisión la distribución de tamaños de los nanoobjetos en una muestra. De este modo, los científicos están sentando las bases para mejorar aún más la investigación sobre cuestiones medioambientales y bioanalíticas en el futuro.
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Ya se trate del análisis del agua, la producción de vacunas o el examen de muestras biológicas, las mezclas de partículas diminutas se dan en casi todos los ámbitos de la vida cotidiana y están compuestas por una gran variedad de objetos diminutos diferentes en medios líquidos. La determinación precisa de los componentes individuales de una mezcla de partículas tan finas dentro de un líquido (dispersión) plantea retos a la ciencia, especialmente en lo que se refiere a la amplitud de su distribución de tamaños y a la presencia de diversas especies de partículas que difieren sólo ligeramente en tamaño. Una nueva fibra de vidrio microestructurada (fibra de elemento único antirresonante) desarrollada en el Leibniz IPHT ofrece la posibilidad de mejorar significativamente la precisión de las mediciones en la caracterización del tamaño de nanoobjetos.
Nueva fibra óptica para análisis de alta precisión
Con la fibra óptica especial realizada en el instituto de Jena se pueden confinar nanoobjetos en solución acuosa con un diámetro inferior a 20 nanómetros, seguirlos individualmente y determinar su tamaño con precisión. Esto permite analizar con precisión las distribuciones de tamaño de las nanopartículas en mezclas. Para ello, la fibra de vidrio dispone de un microcanal de paredes finas y, por tanto, conductor de la luz, de 17 micrómetros de diámetro.
Para examinar una muestra, el fluido de la partícula se pone en contacto con la fibra de núcleo hueco, que se llena con la muestra de fluido como resultado de la fuerza capilar. La luz acoplada se guía a lo largo del canal de fluido integrado en la fibra. La pared de vidrio, de sólo 756 nanómetros de grosor, permite una iluminación intensa y uniforme de la muestra a examinar y de los nanoobjetos contenidos. La luz dispersada por las nanopartículas individuales permite seguir su posición y posibilita así observaciones microscópicas de gran precisión. "Con nuestro nuevo método de fibra óptica se pueden rastrear nanoobjetos individuales durante largos periodos de tiempo. De este modo, podemos determinar su tamaño de forma extremadamente precisa y fiable, lo que nos permite caracterizar los componentes individuales de una mezcla", explica Mona Nissen, estudiante de doctorado del Departamento de Fotónica de Fibras del Leibniz IPHT.
En estudios experimentales con mezclas de partículas con una pequeña diferencia de tamaño, consistentes en nanoesferas de poliestireno con diámetros medios de 100 y 125 nanómetros, los investigadores pudieron demostrar una caracterización de alta precisión utilizando la novedosa fibra óptica. Los científicos pudieron medir con precisión la distribución de tamaños e identificar componentes individuales tanto en mezclas de partículas monodispersas con nanoobjetos de una misma especie y clase de tamaño como en composiciones de partículas polidispersas con objetos de propiedades y tamaños diferentes.
Aplicaciones a nanoescala
El método de fibra óptica presentado ofrece la posibilidad de ser utilizado en aplicaciones nanotecnológicas en el campo de la bioanalítica y el medio ambiente, así como en química y medicina para el control del tamaño de las nanopartículas. Los investigadores ven escenarios de aplicación, por ejemplo, en el examen de aguas en busca de residuos microplásticos, el análisis de muestras de pacientes como la orina, la observación de productos de síntesis en ciencias químicas o el desarrollo de fármacos.
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