Medição precisa do peso molecular, tamanho e densidade de uma nanopartícula em um único procedimento agora é possível, graças a um método de ultracentrifugação, espanado por cientistas suíços da EPFL.
Embora as nanopartículas sejam usadas em uma variedade de domínios - como a medicina, energia solar e fotônica - ainda há muito a ser descoberto. Estabelecendo sua caracterização completa, incluindo massa, tamanho e densidade, continua sendo um exercício extremamente complexo, e isso atua como um freio às pesquisas na área. Contudo, esta lacuna de conhecimento em breve será preenchida, graças ao trabalho realizado pelo Professor Francesco Stellacci do Constellium e seu assistente aluno de doutorado Randy Carney, do Laboratório de Nanomateriais e Interfaces Supramoleculares (SUNMIL). Em um artigo recente em Nature Communications , eles demonstram que é possível obter a caracterização completa de uma nanopartícula núcleo-casca (o núcleo e a camada externa) usando um método muito simples - ultracentrifugação analítica. Este procedimento de 100 anos já foi usado, em particular, para estudar o tamanho e a massa das proteínas. Foi ao aplicar o método em sua área de pesquisa que os cientistas da EPFL perceberam os benefícios que poderiam ser obtidos com seu uso.
O núcleo e a casca
Até aqui, a análise de todos os parâmetros que caracterizam o núcleo, bem como aqueles que caracterizam a casca da nanopartícula em uma única operação tem permanecido um verdadeiro desafio. As nanopartículas são realmente polidispersas, o que significa que, em uma amostra, cada um deles tem características diferentes (tamanho, massa, peso etc.). “Atualmente, os cientistas têm à sua disposição técnicas confiáveis para caracterizar o núcleo das nanopartículas. Mas isso requer cinco ou seis procedimentos muito complexos para obter uma caracterização completa ”, adiciona Randy Carney. “Olhando para a ultracentrifugação analítica, descobrimos um método que nos permite, em um único processo, para obter todos os parâmetros necessários em algumas horas. ”
Como funciona?
Tecnicamente falando, o conceito é o seguinte:primeiro, você tem que diluir as nanopartículas em uma solução, e, em seguida, colocar a solução em uma ultracentrífuga analítica, equipado com um sistema de detecção óptica que analisa seu comportamento. Então é possível, usando um processo de computação, para determinar o que é chamado de coeficiente de sedimentação. “Quando os giramos em alta velocidade, as nanopartículas se separam do líquido em diferentes momentos, de acordo com sua densidade, ”Explica Randy Carney. As partículas maiores são assim separadas mais rapidamente do líquido. Esta observação fornece uma indicação do peso da partícula, bem como seu diâmetro. ”Paralelamente, os cientistas estão se concentrando em outra indicação - geralmente ignorada pela maioria dos estudos - que é chamada de coeficiente de difusão de partículas, que se relaciona com a maneira como eles se espalham através do líquido. “Este fenômeno, que podemos comparar com uma gota de tinta na água, ocorre mesmo quando o solvente está parado. ”
Usos na indústria
Quando usados juntos, o coeficiente de sedimentação e o coeficiente de difusão permitem, então, obter uma caracterização muito precisa tanto do núcleo quanto da casca das nanopartículas:isto é, o tamanho deles, peso, forma e composição. Esta é uma informação muito importante, quando consideramos que as propriedades das nanopartículas (químicas, eletrônico, magnético, etc.) dependem de todos esses parâmetros.
Para o momento, este método só funciona com nanopartículas esféricas. Contudo, ainda deve ser de interesse para pesquisadores ativos em nanotecnologias, que também pode usá-lo para outras nanopartículas, com algumas análises adicionais. “As aplicações industriais e biológicas também precisam de um método para caracterizar nanopartículas. Este método pode ser muito útil ”, conclui o professor Stellacci.
