La inducción de fuerza optofluídica permite la caracterización de nanopartículas en tiempo real

Esquemas del esquema de inducción de fuerza optofluídica (OF2i). (a) Las partículas se sumergen en un fluido y se bombean a través de un canal de microfluidos. Un rayo láser de Laguerre-Gaussian débilmente enfocado con un OAM se propaga en la misma dirección que el flujo de partículas y ejerce fuerzas ópticas sobre las nanopartículas. Al monitorear la luz dispersada por las partículas a través de un objetivo de microscopio, se obtiene información sobre las secciones transversales de dispersión y, a través del seguimiento de partículas, las velocidades de las partículas individuales. (b) Trayectorias simuladas para dos partículas seleccionadas. Debido a que las partículas OAM se mueven a lo largo de trayectorias en forma de espiral, se suprimen las colisiones y el bloqueo de partículas en la región de enfoque. (c) La fuerza óptica F_opt,z y la fuerza fluídica F_fluid,z actuando sobre una partícula controlan el flujo en la dirección de propagación z , la fuerza óptica F_opt,x proporciona atrapamiento óptico 2D en la dirección transversal x (no se muestra la fuerza de atrapamiento a lo largo de y). Crédito:Revisión física aplicada (2022). DOI:10.1103/PhysRevApplied.18.024056

Un equipo de investigadores de Brave Analytics GmbH, trabajando con un colega del Centro de Investigación Gottfried Schatz y otro del Instituto de Física, todos en Austria, ha desarrollado un dispositivo que es capaz de realizar la caracterización de nanopartículas en tiempo real. El grupo publicó su trabajo en la revista Physical Review Applied .

En las últimas décadas, los ingenieros de productos han agregado cada vez más nanopartículas a los productos para darles las cualidades deseadas, por ejemplo, para espesar o colorear pinturas. Los tipos de nanopartículas utilizadas dependen de muchos factores, como su composición y forma, que generalmente son fáciles de determinar. El tamaño de las nanopartículas también es importante para garantizar la consistencia, pero determinar qué tan grandes son ha demostrado ser más desafiante. Se ha encontrado que un enfoque llamado dispersión de luz dinámica funciona bien, pero solo con nanopartículas diminutas. En este nuevo esfuerzo, los investigadores crearon un dispositivo que puede usarse para determinar el tamaño de nanopartículas más grandes.

El nuevo dispositivo se basa en la inducción de fuerzas optofluídicas (OF2i). Consiste en un cilindro transparente y un rayo láser. En uso, el cilindro se llena con agua a la que se han agregado nanopartículas de muestra, en este caso, pequeños trozos de poliestireno. El láser se dispara de una manera que permite que la luz viaje en espiral a través del agua, formando un vórtice de agua.

La luz láser se usa de dos maneras:para empujar las nanopartículas a través del agua y para seguir su movimiento. En tal configuración, la cantidad de aceleración experimentada por una nanopartícula determinada dependerá de su tamaño. Los investigadores sugieren que es similar a un velero. Dos barcos del mismo tamaño que experimentan la misma fuerza del viento serán empujados a diferentes velocidades si tienen velas de diferente tamaño. Y debido a que el láser forma un vórtice, las nanopartículas viajan en espiral, lo que hace que las colisiones sean menos probables.

La luz dispersada después de rebotar en la nanopartícula se puede ver con un microscopio de lapso de tiempo, que puede revelar los caminos tomados por las nanopartículas individuales. El análisis de la forma de dichas trayectorias se puede utilizar para determinar los cambios de velocidad debidos a la fuerza ejercida por el láser y, al hacerlo, revelar el tamaño de las nanopartículas. Las pruebas mostraron que el dispositivo es capaz de medir nanopartículas en el rango de 200 a 900 nm. + Explora más