La fibre microstructurée mesure la taille des nanoparticules

Des chercheurs de l’Institut Leibniz de technologie photonique (Leibniz IPHT) ont développé une nouvelle conception de fibre de verre qui permet des observations exceptionnellement longues d’un grand nombre de nanoparticules individuelles se déplaçant librement dans un liquide. Cela permet de déterminer la distribution de taille des nano-objets dans un échantillon avec une précision encore plus élevée. Les scientifiques jettent ainsi les bases d’une recherche encore meilleure sur les questions environnementales et bioanalytiques à l’avenir.

Qu’il s’agisse de l’analyse de l’eau, de la production de vaccins ou de l’examen d’échantillons biologiques, des mélanges de particules minuscules se produisent dans presque tous les domaines de la vie quotidienne et sont composés d’une variété de petits objets différents dans des environnements liquides.

La détermination précise des composants individuels d’un mélange de particules aussi fines dans un liquide (dispersion) pose des défis à la science, en particulier en ce qui concerne la largeur de leur distribution granulométrique et la présence de diverses espèces de particules qui ne diffèrent que légèrement en taille. Une nouvelle fibre de verre microstructurée (fibre à élément antirésonant unique) développée à l’IPHT de Leibniz offre le potentiel d’améliorer considérablement la précision de mesure de la caractérisation de la taille des nano-objets.

Nouvelle fibre optique pour une analyse de haute précision

Grâce à la fibre optique spéciale réalisée à l’institut d’Iéna, des nano-objets en solution aqueuse d’un diamètre inférieur à 20 nanomètres peuvent être confinés, suivis individuellement et leur taille déterminée avec précision. Cela permet aux chercheurs d’analyser avec précision les distributions de taille des nanoparticules dans les mélanges. Pour cela, la fibre de verre possède un microcanal à paroi fine et donc conducteur de lumière de 17 micromètres de diamètre.

Pour examiner un échantillon, le fluide particulaire est mis en contact avec la fibre à âme creuse, qui se remplit de l’échantillon de fluide sous l’effet de la force capillaire. La lumière couplée est guidée le long du canal de fluide intégré de la fibre. La paroi de verre, d’une épaisseur de seulement 756 nanomètres, permet un éclairage intense et uniforme de l’échantillon à examiner et des nano-objets contenus.

La lumière diffusée par les nanoparticules individuelles permet de suivre leur position et permet ainsi des observations microscopiques très précises. « Grâce à notre nouvelle méthode à fibre optique, des objets individuels à l’échelle nanométrique peuvent être suivis sur de longues périodes. De cette façon, nous pouvons déterminer leur taille de manière extrêmement précise et fiable, afin de pouvoir caractériser les composants individuels d’un mélange », explique Mona Nissen. , doctorant au sein du département Fibre Photonique de l’IPHT de Leibniz.

Dans des études expérimentales avec des mélanges de particules avec une petite différence de taille, constituées de nanosphères de polystyrène de diamètres moyens de 100 et 125 nanomètres, les chercheurs ont pu démontrer une caractérisation de haute précision à l’aide de la nouvelle fibre optique. Les scientifiques ont pu mesurer avec précision la distribution granulométrique et identifier les composants individuels à la fois dans des mélanges de particules monodispersées avec des nano-objets d’une espèce et d’une classe de taille et dans des compositions de particules polydispersées avec des objets de propriétés et de tailles différentes.

Applications à l’échelle nanométrique

L’approche de fibre optique présentée offre le potentiel d’être utilisée dans des applications nanotechnologiques dans le domaine de l’environnement et de la bioanalyse ainsi qu’en chimie et en médecine pour le contrôle de la taille des nanoparticules. Les chercheurs voient des scénarios d’application, par exemple, dans l’examen des eaux pour les résidus microplastiques, l’analyse d’échantillons de patients tels que l’urine, l’observation de produits de synthèse en sciences chimiques ou le développement de médicaments.

Les résultats sont publiés dans la revue Petit.