(Phys.org) - Pesquisadores do NIST Center for Nanoscale Science and Technology usaram rastreamento tridimensional de uma única partícula para medir o comportamento dinâmico de nanopartículas individuais adsorvidas na superfície de gotículas de óleo em escala micrométrica.
Os resultados revelaram que a difusão das partículas depende do seu tamanho, com partículas menores se difundindo muito mais lentamente do que o esperado. Uma compreensão detalhada de como as nanopartículas coloidais interagem com as interfaces é essencial para projetá-las para aplicações específicas em campos que vão desde a entrega de drogas à exploração e recuperação de petróleo. Os pesquisadores desenvolveram um sistema de controle de feedback com eletrônica de controle em tempo real para acionar um estágio piezoelétrico, mover a amostra a fim de travar a nanopartícula em movimento no volume de observação de um microscópio óptico.
A tecnica, que dispara de fótons coletados in situ de uma nanopartícula fluorescente individual, fornece informações de posição tridimensional de alta resolução com excelente resolução de tempo e com o benefício adicional de sensibilidade à atividade química. Partículas variando em tamanho de 20 nm a 2000 nm foram seguidas em tempo real à medida que se difundiam livremente na água e sobre as superfícies curvas de gotículas de óleo de vários tamanhos. Como esperado, os coeficientes de difusão escalonados com o tamanho de partícula para as partículas de difusão livre. Contudo, houve uma diminuição significativa e inesperada nos coeficientes de difusão para menores ( <200 nm) nanopartículas quando se difundiram na interface óleo-água.
Além disso, para um determinado tamanho de partícula, os pesquisadores observaram uma grande dispersão nos coeficientes de difusão medidos na interface, enquanto nenhum tal efeito foi observado para as partículas de difusão livre. Para melhor ajustar as medidas, o modelo básico que funciona bem para partículas maiores que se difundem em uma interface fluido-fluido precisava ser modificado para levar em conta a tensão da linha (o análogo unidimensional da tensão superficial) na interface entre as nanopartículas menores, o óleo, e a água.
Os pesquisadores acreditam que a variabilidade nos coeficientes de difusão das partículas adsorvidas na interface é muito provavelmente um reflexo de variações sutis na química da superfície das partículas, sugerindo que as medições de difusão podem fornecer uma nova maneira de comparar as químicas da superfície das partículas. Considerando que seguir a dinâmica de partículas isoladas fornece muitos insights úteis sobre seu comportamento, sistemas típicos feitos pelo homem e naturais são geralmente muito mais complexos, com fluidos heterogêneos, ambientes lotados, e fortes interações partícula-partícula.
Os pesquisadores acreditam que, em tempo real, rastreamento de partículas tridimensional para observar inseridas intencionalmente, partículas rastreadoras simples podem fornecer uma ferramenta ideal para sondar sistemas de fluidos complicados, como o interior das células, ou misturas de óleo / água presas dentro de rocha porosa.
