A indução de força optofluídica permite a caracterização de nanopartículas em tempo real

Esquema do esquema de indução de força optofluídica (OF2i). (a) As partículas são imersas em um fluido e são bombeadas através de um canal microfluídico. Um feixe de laser Laguerre-Gaussiano fracamente focado com um OAM se propaga na mesma direção do fluxo de partículas e exerce forças ópticas nas nanopartículas. Ao monitorar a luz espalhada pelas partículas através de uma objetiva de microscópio, obtém-se informações sobre as seções transversais de espalhamento e, por meio do rastreamento de partículas, as velocidades das partículas individuais. (b) Trajetórias simuladas para duas partículas selecionadas. Por causa do OAM, as partículas se movem ao longo de trajetórias em forma de espiral, suprimindo assim colisões e bloqueios de partículas na região de foco. (c) A força óptica F_opt,z e a força fluídica F_fluido,z atuando em uma partícula controla o fluxo na direção de propagação z , a força óptica F_opt,x fornece aprisionamento óptico 2D na direção transversal x (a força de aprisionamento ao longo de y não é mostrada). Crédito:Revisão física aplicada (2022). DOI:10.1103/PhysRevApplied.18.024056

Uma equipe de pesquisadores da Brave Analytics GmbH, trabalhando com um colega do Gottfried Schatz Research Center e outro do Institute of Physics, todos na Áustria, desenvolveu um dispositivo capaz de realizar a caracterização de nanopartículas em tempo real. O grupo publicou seu trabalho na revista Physical Review Applied .
Nas últimas décadas, os engenheiros de produto adicionaram cada vez mais nanopartículas aos produtos para dar-lhes as qualidades desejadas – para engrossar ou colorir tintas, por exemplo. Os tipos de nanopartículas utilizados dependem de muitos fatores, como sua composição e forma, que geralmente são facilmente determinados. O tamanho das nanopartículas também é importante para garantir a consistência, mas descobrir o tamanho delas provou ser mais desafiador. Descobriu-se que uma abordagem chamada dispersão dinâmica de luz funciona bem, mas apenas com pequenas nanopartículas. Nesse novo esforço, os pesquisadores criaram um dispositivo que pode ser usado para determinar o tamanho de nanopartículas maiores.

O novo dispositivo é baseado na indução de força optofluídica (OF2i). Consiste em um cilindro transparente e um feixe de laser. Em uso, o cilindro é preenchido com água na qual as nanopartículas de amostra foram adicionadas – neste caso, pequenos pedaços de poliestireno. O laser é disparado de uma forma que permite que a luz viaje em espiral pela água, formando um vórtice de água.

A luz do laser é usada de duas maneiras:para empurrar as nanopartículas através da água e para rastrear seu movimento. Em tal configuração, a quantidade de aceleração experimentada por uma determinada nanopartícula dependerá de seu tamanho. Os pesquisadores sugerem que é semelhante a um veleiro. Dois barcos do mesmo tamanho experimentando a mesma força de vento serão empurrados em velocidades diferentes se tiverem velas de tamanhos diferentes. E como o laser forma um vórtice, as nanopartículas viajam em espiral, tornando as colisões menos prováveis.

A luz espalhada após saltar da nanopartícula pode ser vista com um microscópio de lapso de tempo, que pode revelar os caminhos tomados pelas nanopartículas individuais. A análise da forma de tais trajetórias pode ser usada para determinar mudanças na velocidade devido à força exercida pelo laser e assim revelar o tamanho das nanopartículas. Os testes mostraram que o dispositivo é capaz de medir nanopartículas na faixa de 200 a 900 nm. + Explorar mais