Los cálculos están bien, pero ver para creer. Ese es el pensamiento detrás de un nuevo artículo de los estudiantes de Rice University que decidieron poner a prueba los cálculos realizados hace más de un siglo.

En 1908, al físico alemán Gustav Mie se le ocurrió un elegante conjunto de ecuaciones para describir la interacción de ondas electromagnéticas con una partícula metálica esférica. La teoría ha sido una piedra de toque desde entonces para los investigadores que buscan cuantificar cómo las partículas plasmónicas a nanoescala dispersan la radiación.

"La teoría de Mie se utiliza ampliamente cuando se trata de nanopartículas y sus propiedades ópticas, "dijo Alexei Tcherniak, un estudiante graduado de Rice y autor principal del nuevo artículo en la edición en línea de Nano letras este mes. "Esa es la base de todo cálculo".

Tcherniak y Stephan Link, un profesor asistente de Rice de química e ingeniería eléctrica e informática, fue coautor del artículo con el ex estudiante de posgrado Ji Won Ha y los actuales estudiantes de posgrado de Rice Liane Slaughter y Sergio Dominguez-Medina.

Una mejor caracterización de nanopartículas individuales es importante para los investigadores que buscan sensores ópticos microscópicos, superlentes de sublongitud de onda ", “Terapias de catálisis y fototermia contra el cáncer que utilizan nanopartículas.

"Dado que la tecnología avanza hacia la detección de partículas individuales, queríamos ver si las predicciones de Mie se mantendrían, ", Dijo Tcherniak." Las propiedades promedio caen exactamente en las predicciones de la teoría de Mie. Pero mostramos que las partículas individuales se desvían bastante ". Las partículas que difieren en tamaño pueden devolver señales similares porque varían en forma y orientación en el sustrato, con los que también interactúan. La teoría de Mie, desarrollado para partículas esféricas en solución mucho antes de la espectroscopia de una sola partícula, no consideró estos factores.

El proyecto comenzó como una actividad secundaria en el intento de los estudiantes de rastrear nanopartículas individuales en solución. Se convirtió en su enfoque principal cuando se dieron cuenta del alcance de la tarea, que implicó analizar cinco conjuntos de partículas de oro que van desde 51 a 237 nanómetros de ancho - los tamaños "biológicamente relevantes", Tcherniak explicó.

Cada conjunto de partículas se fotografió con un microscopio electrónico de barrido y luego se analizaron sus propiedades de absorción y dispersión a través de imágenes fototérmicas de una sola partícula y dispersión de campo oscuro con láser.

Fue tedioso admitieron.

"Cuando necesita encontrar una partícula de 50 nanómetros de diámetro en una muestra de 5 por 5 milímetros, buscas una aguja en un pajar, ", Dijo Tcherniak. Slaughter y Domínguez-Medina asintieron con la cabeza y recordaron un verano de largos días necesarios para clasificar varios cientos de partículas, lo suficiente" para obtener todos esos puntos en el gráfico ".

Utilizaron un par de estrategias para localizar partículas. Una fue poner coordenadas de cuadrícula a escala micrométrica en el portaobjetos de vidrio que contiene muestras de nanopartículas. "Eso nos permite saber aproximadamente dónde estaban, "Dijo Tcherniak.

Otro implicó aplicar un poco de astronomía a su microscopía. Se encontraron buscando "constelaciones" en los patrones de motas. "Empezamos a decir, 'Oh, que parece una nariz. ¿Tenemos nariz en algún otro lugar? '", Dijo Slaughter." Estábamos tan cansados; los nombres podrían no haber sido muy buenos ".

Pero sus resultados lo son.

"La teoría de Mie ya existía mucho antes de que nadie supiera acerca de las nanopartículas, así que es genial poder probarlo, ", dijo Link sobre el trabajo de sus estudiantes." Esto es importante porque realmente juntaron los componentes básicos que permitirán a los científicos observar estructuras más complejas. Este no fue un trabajo fácil ".