Uma colaboração internacional franco-holandesa envolvendo pesquisadores dos laboratórios de Física da Matéria Condensada e Hidrodinâmica da Universidade de Paris-Saclay e do Instituto Van't Hoff de Ciências Moleculares da Universidade de Amsterdã resultou em um novo método para determinação muito precisa do fluxo de fluido em redes capilares em tempo real. Sua prova de princípio foi publicada na edição desta semana do Nature Nanotechnology .

No HIMS Fred Brouwer, professor de Espectroscopia e Materiais Fotônicos, junto com o técnico de pesquisa Michiel Hilbers contribuíram com imagens confocais e medições de partícula única dos nanobastões. A colaboração foi apoiada pela LaserLab Europe.

O estudo do fluxo de fluido em redes capilares é relevante para muitos campos. Como um exemplo, a determinação da circulação sanguínea nas artérias é um aspecto importante do estudo da formação de placas na aterosclerose. Embora as simulações hidrodinâmicas possam render informações importantes, estudos experimentais são necessários para a confirmação final.

Contudo, caracterizar fluxos na escala de algumas centenas de nanômetros é bastante difícil. A técnica atual de velocimetria de imagem de partículas (PIV), rastrear os deslocamentos de microesferas fluorescentes, praticamente não pode ser usado para observação em tempo real local de sistemas dinâmicos. Além disso, no caso de gradientes de velocidade (cisalhamento) comuns às redes capilares, O PIV exibe relações sinal-ruído fracas e resolução espacial insuficiente.

Em seus Nature Nanotechnology papel, a equipe de pesquisa franco-holandesa agora relata o uso de nanobastões em vez de esferas. Eles mostram que a detecção instantânea da orientação coletiva dos nanobastões em um pequeno volume focal permite a medição direta e varredura rápida da taxa de cisalhamento local. Como prova de conceito, eles demonstram o mapeamento tomográfico da distribuição de cisalhamento em um sistema de modelo microfluídico usando microscopia confocal de varredura.

Os pesquisadores sintetizaram nanobastões de cristais de fosfato de lantânio (LaPO4), dopado com íons európio luminescente (Eu3 +). Como toras de árvores flutuando em um rio, esses nanobastões, 10 nm de diâmetro e 200 nm de comprimento, gradualmente orientar-se ao longo da direção do fluxo. Graças às propriedades de emissão de luz fortemente polarizada dos íons de európio, sua orientação espacial pode ser rastreada por meio de seu espectro de emissão. Assim, tornou-se possível analisar, em tempo real e com resolução incomparável, o fluxo de um fluido em um canal microfluídico de pequeno tamanho.

Este trabalho abre perspectivas promissoras para a compreensão fundamental dos fenômenos relacionados ao escoamento de um fluido em canais complexos. Além disso, essas sondas de orientação também podem ser usadas em biologia, acompanhar mecanismos complexos in situ relacionados com a dinâmica de orientação de bio-macromoléculas para explicar suas propriedades e seus modos de ação.