Una llave inglesa o un destornillador de un solo tamaño es útil para algunos trabajos, pero para un proyecto más complicado, necesita un conjunto de herramientas de diferentes tamaños. Siguiendo este principio rector, investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología han diseñado un dispositivo fluídico a nanoescala que funciona como una "herramienta múltiple" en miniatura para trabajar con nanopartículas, objetos cuyas dimensiones se miden en nanómetros, o mil millonésimas de metro.

Presentado por primera vez en marzo de 2009 (consulte "El equipo de NIST-Cornell construye el primer dispositivo nanofluídico del mundo con superficies tridimensionales complejas", el dispositivo consta de una cámara con una "escalera" en cascada de 30 canales nanofluídicos que varían en profundidad desde aproximadamente 80 nanómetros en la parte superior hasta aproximadamente 620 nanómetros (un poco más pequeña que una bacteria promedio) en la parte inferior. Cada uno de los muchos "escalones" de la escalera proporciona otra "herramienta" de diferente tamaño para manipular nanopartículas en un método que es similar a cómo un clasificador de monedas separa monedas de cinco centavos, monedas de diez y veinticinco centavos.

En un nuevo artículo de la revista Laboratorio en un chip , El equipo de investigación del NIST demuestra que el dispositivo puede realizar con éxito la primera de un conjunto planificado de tareas a nanoescala:separar y medir una mezcla de nanopartículas esféricas de diferentes tamaños (que van desde aproximadamente 80 a 250 nanómetros de diámetro) dispersas en una solución. Los investigadores utilizaron electroforesis, el método de mover partículas cargadas a través de una solución forzándolas hacia adelante con un campo eléctrico aplicado, para impulsar las nanopartículas desde el extremo profundo de la cámara a través del dispositivo hacia los canales progresivamente menos profundos. Las nanopartículas se marcaron con un tinte fluorescente para poder seguir sus movimientos con un microscopio.

Como se esperaba, las partículas más grandes se detuvieron cuando alcanzaron los escalones de la escalera con profundidades que coincidían con sus diámetros de alrededor de 220 nanómetros. Las partículas más pequeñas se movieron hasta que, también, tenían restringido el paso a canales menos profundos a profundidades de alrededor de 110 nanómetros. Debido a que las partículas eran visibles como puntos de luz fluorescentes, la posición en la cámara donde se detuvo cada partícula individual podría mapearse a la profundidad del canal correspondiente. Esto permitió a los investigadores medir la distribución de tamaños de nanopartículas y validar la utilidad del dispositivo como herramienta de separación y material de referencia. Integrado en un microchip, el dispositivo podría permitir la clasificación de mezclas complejas de nanopartículas, sin observación, para su posterior aplicación. Este enfoque podría resultar más rápido y económico que los métodos convencionales de preparación y caracterización de muestras de nanopartículas.

El equipo del NIST planea diseñar dispositivos nanofluídicos optimizados para diferentes aplicaciones de clasificación de nanopartículas. Estos dispositivos podrían fabricarse con una resolución personalizada (aumentando o disminuyendo el tamaño de paso de los canales), sobre un rango particular de tamaños de partículas (aumentando o disminuyendo la profundidad máxima y mínima del canal), y para materiales selectos (ajustando la química de la superficie de los canales para optimizar la interacción con una sustancia específica). Los investigadores también están interesados ​​en determinar si su técnica podría usarse para separar mezclas de nanopartículas con tamaños similares pero formas diferentes, por ejemplo, mezclas de tubos y esferas.