p Nanopartículas - aquelas com diâmetros menores que um milésimo da largura de um cabelo humano - são cada vez mais prevalentes em alta tecnologia, Medicina, e bens de consumo. Suas características, desejável e indesejável, dependem criticamente de seu tamanho. p Por exemplo, uma nanopartícula (NP) na corrente sanguínea de 50 nanômetros (nm, bilionésimos de metro) de largura podem ter efeito limitado nas células que encontra; mas uma versão de 20 nm exatamente do mesmo material pode ser tóxica. As considerações de tamanho são especialmente importantes se, como previsto, Os NPs desempenham um papel importante na terapia do câncer. Como resultado, medições precisas do volume de uma partícula são essenciais.

p Mas o volume medido usando ferramentas diferentes pode variar substancialmente. Por exemplo, uma nova análise feita por cientistas do NIST mostrou que quando o mesmo conjunto de NPs é medido com os dois métodos de referência mais amplamente usados, as estimativas de volume calculadas podem diferir em até 160% devido a vieses inerentes a cada método. Para corrigir essa situação, os pesquisadores propuseram e testaram um novo esquema de medição combinada que pode minimizar erros enquanto mantém um alto rendimento de medição.

p "Por muito tempo, embora muitas pessoas estivessem trabalhando neste problema, tem havido respostas diferentes para os diferentes métodos e ninguém parecia saber qual método era o correto ou qual é o tamanho correto das nanopartículas, "diz Ravikiran Attota, quem chefiou a pesquisa.

p O cerne do problema é que as suposições são feitas durante a medição do volume de NPs, especialmente NPs de formato irregular (IS-NPs). Além disso, O volume NP raramente é medido diretamente. Em vez de, o tamanho tridimensional é tipicamente extrapolado. Ferramentas de referência amplamente utilizadas, como microscopia eletrônica de varredura (SEM) e microscopia de força atômica (AFM), medem o volume usando métodos muito diferentes.

p No SEM, um feixe de elétrons focalizado é varrido através da partícula de cima para produzir uma imagem 2D de comprimento e largura. Esta abordagem de cima para baixo não pode determinar a altura de uma partícula, que se presume ser aproximadamente da mesma magnitude que as outras duas dimensões.

p No método AFM, uma sonda afiada é movida sobre o NP para registrar apenas sua altura de pico, não a largura ou comprimento, que são considerados aproximadamente iguais.

p Em ambos os casos, os dados são alimentados em um algoritmo que calcula o volume que a partícula teria se fosse uma esfera perfeita.

p As medições do mesmo lote de partículas diferem significativamente, dependendo de qual dos dois métodos é usado, e essa discrepância é um problema notório na nanociência. Os pesquisadores do NIST descobriram que cada método tem um viés distinto porque os resultados são influenciados pela posição em que os NPs vêm para descansar na superfície em que são medidos, e pela natureza da medição.

p A menos que as partículas sejam perfeitamente esféricas, As medições SEM normalmente produzem valores maiores para o diâmetro da partícula, e a diferença entre as medições SEM e AFM torna-se maior quanto mais a forma IS-NP se desvia de uma esfera. Por exemplo, um IS-NP em forma de pão de hambúrguer - isto é, muito mais largo do que alto - parecerá maior da perspectiva do SEM de cima para baixo do que da perspectiva do AFM somente de altura.

p A fim de atingir o menor erro nas estimativas de volume - os cientistas do NIST propõem - as medições devem ser feitas usando técnicas de SEM e AFM para produzir uma forma 3-D mais precisa. (Veja o diagrama.) Depois de testar a ideia em modelos e simulações com formas geradas por computador, eles usaram uma variedade de 54 seixos de vidro de aquário de formato irregular, cujo volume podia ser determinado com exatidão. Empregar a técnica de medição de combinação para calcular os valores do volume produzido que diferem menos de 1% do volume real medido.

p Os pesquisadores então aplicaram a técnica a medições reais de SEM e AFM feitas nas mesmas nanopartículas de ouro com diâmetros em torno de 50 nm. Os resultados estavam de acordo com as simulações e experimentos de seixos, although limited by the fact that SEM measurements cannot exactly detect the edges of gold nanoparticles. The scientists speculate that a related technology, called transmission electron microscopy, which has more precise edge discrimination, may alleviate the problem.

p "The discrepancies between measurement values coming from the different available techniques has been a long-standing headache for serious metrologists, especially as the dimensions get smaller, " says John Kramar, a Group Leader at NIST. "Using this technique will help us to produce much more accurate nanoparticle reference materials."