Исследователи из Института фотонных технологий им. Лейбница (Leibniz IPHT) разработали новый дизайн стекловолокна, который позволяет проводить исключительно длительные наблюдения за большим количеством отдельных свободно движущихся наночастиц в жидкости. Это позволяет определять распределение нанообъектов по размерам в образце с еще большей точностью. Таким образом, ученые закладывают основу для еще более качественных исследований экологических и биоаналитических вопросов в будущем.
Будь то анализ воды, производство вакцин или исследование биологических образцов — смеси мельчайших частиц встречаются почти во всех сферах повседневной жизни и состоят из множества различных крошечных объектов в жидких средах.
Точное определение отдельных компонентов такой смеси мелких частиц в жидкости (дисперсии) ставит перед наукой задачи, особенно в отношении ширины их распределения по размерам и присутствия различных видов частиц, которые лишь незначительно отличаются по размеру. Новое микроструктурированное стекловолокно (волокно с одним антирезонансным элементом), разработанное в Leibniz IPHT, предлагает потенциал для значительного повышения точности измерения характеристик размера нанообъектов.
Новое оптическое волокно для высокоточного анализа
С помощью специального оптического волокна, созданного в Йенском институте, нанообъекты в водном растворе диаметром менее 20 нанометров могут удерживаться, индивидуально отслеживаться и точно определяться их размер. Это позволяет исследователям точно анализировать распределение размеров наночастиц в смесях. Для этого стекловолокно имеет тонкостенный и, следовательно, светопроводящий микроканал диаметром 17 микрометров.
Для исследования образца частица жидкости контактирует с полым волокном, которое заполняется образцом жидкости под действием капиллярной силы. Связанный свет направляется по встроенному жидкостному каналу волокна. Стеклянная стенка толщиной всего 756 нанометров обеспечивает интенсивное и равномерное освещение исследуемого образца и содержащихся в нем нанообъектов.
Свет, рассеянный отдельными наночастицами, позволяет отслеживать их положение и, таким образом, обеспечивает высокоточные микроскопические наблюдения. «С помощью нашего нового оптоволоконного метода отдельные нанообъекты можно отслеживать в течение длительного периода времени. Таким образом, мы можем очень точно и надежно определять их размер, чтобы иметь возможность охарактеризовать отдельные компоненты в смеси», — объясняет Мона Ниссен. , докторант кафедры волоконной фотоники в Leibniz IPHT.
В экспериментальных исследованиях со смесями частиц с небольшой разницей в размерах, состоящих из полистирольных наносфер со средним диаметром 100 и 125 нанометров , исследователи смогли продемонстрировать высокую точность характеристики с использованием нового оптического волокна. Ученым удалось точно измерить распределение по размерам и идентифицировать отдельные компоненты как в смесях монодисперсных частиц с нанообъектами одного вида и размерного класса, так и в композициях полидисперсных частиц с объектами разных свойств и размеров.
Наноразмерные приложения
Представленный волоконно-оптический подход предлагает потенциал для использования в нанотехнологических приложениях в области окружающей среды и биоаналитики, а также в химии и медицине для контроля размера наночастиц. Исследователи видят сценарии применения, например, при исследовании воды на наличие остатков микропластика, анализе образцов пациентов, таких как моча, наблюдении за продуктами синтеза в химических науках или разработке лекарств.
