Нанофлюидный «мультитул» разделяет и измеряет наночастицы

Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) создали нанофлюидное устройство, которое работает как миниатюрный «мультитул» для манипуляций с наночастицами.

Устройство, впервые представленное в марте 2009 года, состоит из камеры с каскадной «лестницей» из 30 нанофлюидных каналов. Глубина каналов варьируется от ~80 нанометров вверху до ~620 нанометров (меньше средней бактерии) внизу. Каждая «ступенька» лестницы предоставляет «инструмент» разного размера для работы с наночастицами, подобно тому как сортировщик монет разделяет монеты разного номинала.

В новой статье в журнале Lab on a Chip команда NIST продемонстрировала, что устройство может выполнять первую из запланированных задач: разделять и измерять смесь сферических наночастиц разного размера (диаметром от ~80 до ~250 нанометров) в растворе.

Метод:

• Исследователи использовали электрофорез — движение заряженных частиц в растворе под действием электрического поля — чтобы направить наночастицы из глубокой части камеры в прогрессивно более мелкие каналы.
• Наночастицы были помечены флуоресцентным красителем, что позволило отслеживать их движение под микроскопом.

Результаты:

• Более крупные частицы (~220 нм) останавливались, достигая ступенек с соответствующей глубиной канала.
• Меньшие частицы (~110 нм) двигались дальше, пока также не блокировались в более мелких каналах.
• Поскольку частицы были видны как флуоресцентные точки света, положение каждой частицы можно было соотнести с глубиной канала. Это позволило измерить распределение размеров наночастиц.

Значение:

• Устройство доказало свою полезность как в качестве инструмента для разделения, так и в качестве эталонного материала.
• Интегрированное в микрочип, такое устройство могло бы позволить сортировать сложные смеси наночастиц без наблюдения для последующего применения. Этот подход может оказаться быстрее и экономичнее традиционных методов подготовки и характеризации образцов наночастиц.

Планы на будущее:

Команда NIST планирует создавать нанофлюидные устройства, оптимизированные для различных применений, с возможностью:

• Настройки разрешения (увеличение или уменьшение размера шага каналов).
• Работы в определенном диапазоне размеров частиц (изменение максимальной и минимальной глубины каналов).
• Селекции по материалам (изменение поверхностной химии каналов для оптимизации взаимодействия с конкретным веществом).
• Также исследователи хотят выяснить, можно ли с помощью этой техники разделять смеси наночастиц схожих размеров, но разной формы (например, смеси трубок и сфер).