(Phys.org) —Un laboratorio de la Universidad de Rice ha ideado una forma única de medir lotes de nanotubos de pared simple que promete ayudar a los investigadores y la industria a hacer un uso más eficiente del maravilloso material de carbono.
Los nanotubos cultivados en un solo lote pueden variar en longitud desde unos pocos nanómetros hasta miles de nanómetros. Hasta ahora, el único método práctico para medirlos era la obtención de imágenes con un costoso microscopio de fuerza atómica (AFM).
Pero con la nueva técnica del laboratorio Rice del químico Bruce Weisman, revelado este mes en la revista American Chemical Society ACS Nano , los investigadores podrán realizar estos análisis más rápidamente y con menos trabajo manual.
El producto final es un histograma que muestra la distribución de longitudes en un lote de nanotubos que, individualmente, son 50, 000 veces más delgado que un cabello humano.
Este es el tipo de cosas que los investigadores quieren saber porque, incluso a esa escala, los detalles cobran gran importancia. Cuando se utiliza para administrar hebras de ADN o fármacos, por ejemplo, Los nanotubos de carbono de pared simple de 200-300 nanómetros de largo parecen los más fáciles de absorber por las células. Otras aplicaciones requieren nanotubos más largos, por ejemplo, en materiales compuestos de alta tecnología para aeronaves y naves espaciales que necesitan la resistencia y la eficiencia de transferencia de carga que ofrecen los tubos más largos.
Jason Streit, estudiante de posgrado y autor principal del artículo, pasó dos años desarrollando un método experimental y un algoritmo de procesamiento de imágenes capaz de seleccionar y rastrear lotes de nanotubos flotando en una solución en un pozo diminuto, aproximadamente un milímetro de ancho y un poco menos de dos micrómetros de profundidad.
La técnica altamente automatizada le permite analizar lotes de aproximadamente 800 nanotubos en dos horas.
"La principal forma de medir longitudes hasta ahora ha sido con AFM, ", dijo." Por eso, tienes que preparar una muestra, míralo bajo un microscopio, asegúrese de que se hayan eliminado los contaminantes, grabar imágenes y luego medir las longitudes. La mayoría de los trabajadores puede tardar horas y horas ".
El nuevo proceso, llamado análisis de longitud por difusión de nanotubos (LAND), es mucho más simple. Aunque solo observa nanotubos semiconductores de pared simple, que son naturalmente fluorescentes en longitudes de onda del infrarrojo cercano, debería ayudar a los investigadores a simplificar la caracterización de lotes de nanotubos.
"Diferentes longitudes tienen diferentes utilidades y funciones en las aplicaciones, "dijo Weisman, profesor de química y pionero en la ciencia de la fluorescencia de nanotubos. "Algunas aplicaciones necesitan una cierta longitud mientras que hay otros donde más tiempo es mejor. Y actualmente las distribuciones de longitud de nanotubos están mal controladas.
"Por lo tanto, uno de los objetivos es tener más control sobre la longitud de los nanotubos, y para ello es necesario desarrollar métodos de separación. Para desarrollar métodos de separación, necesitas buenas herramientas de caracterización ".
Coautor Sergei Bachilo, un científico investigador en Rice, comparó la necesidad de nanotubos de diferentes tamaños con una zapatería, donde definitivamente una talla no sirve para todos. "No funcionaría muy bien si la tienda solo tuviera zapatos de talla media, " él dijo.
Como polvo en un rayo de luz, Los nanotubos en un ambiente líquido se mueven debido al movimiento browniano. Es ese movimiento inherente el que revela su longitud. Streit graba un vídeo. Las películas resultantes parecen un campo de estrellas parpadeando y vagando en el cielo nocturno, pero de esos marcos es capaz de extraer trayectorias que le dicen cuánto mide cada nanotubo rastreado individualmente. El software también compila automáticamente los datos estadísticos para hacer el histograma.
Se necesitan algunos cálculos especiales para tener en cuenta los nanotubos que muestran "trayectorias fragmentadas, "cuando un tubo desaparece detrás de otro o abandona el campo de visión durante algunos fotogramas.
The shorter nanotubes (below a few dozen nanometers in length) are hard to capture on video. "They're dimmer, and they move faster, so sometimes they're just a blur, " Weisman said. "One of the tricks Jason uses is to make the liquid in which they're moving more viscous" simply by adding a special sugar. "That slows them down enough to give us a better view.
"We hope that this will be a valuable tool for basic and applied research, " Weisman said. "Right in our laboratory, we're already doing basic photophysical studies in which this method plays a crucial part.
"Diagnostics that are slow and cumbersome just don't get used, " he said. "That's simply the truth. And when you convert to a method that's fast and easy, people will use it a lot more. It not only speeds things up, it leads scientists into activities they never would have undertaken before.
"This is going to be an important method for a lot of what we do around here, and hopefully for other labs as well, "Dijo Weisman.
