Una colaboración internacional franco-holandesa en la que participan investigadores de los laboratorios de Física e Hidrodinámica de la Materia Condensada de la Universidad Paris-Saclay y del Instituto Van't Hoff de Ciencias Moleculares de la Universidad de Ámsterdam ha dado como resultado un nuevo método para la determinación muy precisa del flujo de fluidos. en redes capilares en tiempo real. Su prueba de principio se publica en la edición de esta semana de Nanotecnología de la naturaleza .

En HIMS Fred Brouwer, profesor de espectroscopia y materiales fotónicos, junto con el técnico de investigación Michiel Hilbers contribuyeron con imágenes confocales y mediciones de partículas individuales de las nanovarillas. La colaboración fue apoyada por LaserLab Europe.

El estudio del flujo de fluidos en redes capilares es relevante para muchos campos. Como ejemplo, la determinación de la circulación sanguínea en las arterias es un aspecto importante del estudio de la formación de placa en la aterosclerosis. Aunque las simulaciones hidrodinámicas pueden proporcionar información importante, Se necesitan estudios experimentales para la confirmación final.

Sin embargo, caracterizar los flujos en la escala de unos pocos cientos de nanómetros es bastante difícil. La técnica actual de velocimetría de imágenes de partículas (PIV), seguimiento de los desplazamientos de microesferas fluorescentes, prácticamente no se puede utilizar para la observación local en tiempo real de sistemas dinámicos. Es más, en el caso de gradientes de velocidad (cizallamiento) comunes a las redes capilares, PIV muestra una mala relación señal-ruido y escasa resolución espacial.

En su Nanotecnología de la naturaleza papel, el equipo de investigación franco-holandés informa ahora sobre el uso de nanobarras en lugar de esferas. Muestran que la detección instantánea de la orientación colectiva de las nanovarillas en un volumen focal pequeño permite la medición directa y el escaneo rápido de la tasa de cizallamiento local. Como prueba de concepto, demuestran el mapeo tomográfico de la distribución de corte en un sistema de modelo de microfluidos utilizando microscopía confocal de barrido.

Los investigadores sintetizaron nanovarillas de cristales de fosfato de lantano (LaPO4), dopado con iones de europio luminiscentes (Eu3 +). Como troncos de árboles flotando en un río, estas nanobarras, 10 nm de diámetro y 200 nm de longitud, orientarse gradualmente a lo largo de la dirección del flujo. Gracias a las propiedades de emisión de luz fuertemente polarizada de los iones de europio, su orientación espacial se pudo rastrear por medio de su espectro de emisión. Por lo tanto, se hizo posible analizar, en tiempo real y con una resolución inigualable, el flujo de un fluido en un canal de microfluidos de pequeño tamaño.

Este trabajo abre perspectivas prometedoras para la comprensión fundamental de los fenómenos relacionados con el flujo de un fluido en canales complejos. Más allá de esto, estas sondas de orientación también podrían usarse en biología, seguir in-situ complejos mecanismos relacionados con la dinámica de orientación de biomacromoléculas para explicar sus propiedades y sus modos de acción.