(Phys.org) - Investigadores del Centro NIST de Ciencia y Tecnología a Nanoescala han utilizado el seguimiento tridimensional de una sola partícula para medir el comportamiento dinámico de las nanopartículas individuales adsorbidas en la superficie de las gotas de aceite a escala micrométrica en el agua.
Los resultados revelaron que la difusión de las partículas depende de su tamaño, con partículas más pequeñas que se difunden mucho más lentamente de lo esperado. Una comprensión detallada de cómo las nanopartículas coloidales interactúan con las interfaces es esencial para diseñarlas para aplicaciones específicas en campos que van desde la administración de medicamentos hasta la exploración y recuperación de petróleo. Los investigadores desarrollaron un sistema de control de retroalimentación con electrónica de control en tiempo real para activar una etapa piezoeléctrica, moviendo la muestra para bloquear la nanopartícula en movimiento en el volumen de observación de un microscopio óptico.
La técnica, que se dispara a partir de fotones recolectados in situ de una nanopartícula fluorescente individual, proporciona información de posición tridimensional de alta resolución con una excelente resolución de tiempo y con el beneficio adicional de la sensibilidad a la actividad química. Las partículas que varían en tamaño de 20 nm a 2000 nm se siguieron en tiempo real mientras se difundían libremente en el agua y sobre las superficies curvas de gotitas de aceite de varios tamaños. Como se esperaba, los coeficientes de difusión escalados con el tamaño de partícula para las partículas que se difunden libremente. Sin embargo, hubo una disminución significativa e inesperada en los coeficientes de difusión para los más pequeños ( <200 nm) nanopartículas cuando se difundieron en la interfaz aceite-agua.
Es más, para un tamaño de partícula dado, los investigadores observaron una gran dispersión en los coeficientes de difusión medidos en la interfaz, mientras que no se observó tal efecto para las partículas que se difundían libremente. Para ajustar mejor las medidas, el modelo básico que funciona bien para partículas más grandes que se difunden en una interfaz fluido-fluido necesitaba ser modificado para tener en cuenta la tensión lineal (el análogo unidimensional de la tensión superficial) en la interfaz entre las nanopartículas más pequeñas, el aceite, y el agua.
Los investigadores creen que la variabilidad en los coeficientes de difusión de las partículas adsorbidas en la interfaz es muy probablemente un reflejo de variaciones sutiles en la química de la superficie de las partículas. lo que sugiere que las mediciones de difusión pueden proporcionar una nueva forma de comparar la química de la superficie de las partículas. Mientras que seguir la dinámica de las partículas aisladas proporciona muchos conocimientos útiles sobre su comportamiento, Los sistemas típicos creados por el hombre y naturales suelen ser mucho más complejos, con fluidos heterogéneos, entornos abarrotados, y fuertes interacciones partícula-partícula.
Los investigadores creen que al usar tiempo real, seguimiento de partículas tridimensionales para observar insertadas intencionalmente, las partículas trazadoras simples pueden proporcionar una herramienta ideal para sondear sistemas de fluidos complicados, como el interior de las células, o mezclas de aceite / agua atrapadas dentro de la roca porosa.
