Ett fransk-nederländskt internationellt samarbete som involverar forskare från laboratorierna för kondenserad materiens fysik och hydrodynamik vid Paris-Saclay University och Van't Hoff Institute for Molecular Sciences vid University of Amsterdam har resulterat i en ny metod för mycket exakt bestämning av vätskeflödet i kapillärnätverk i realtid. Deras principprövning publiceras i veckans upplaga av Naturens nanoteknik .

På HIMS Fred Brouwer, professor i spektroskopi och fotoniska material, tillsammans med forskningsteknikern Michiel Hilbers bidrog med konfokal avbildning och enpartikelmätningar av nanoroderna. Samarbetet stöddes av LaserLab Europe.

Studien av vätskeflöde i kapillärnätverk är relevant för många områden. Som ett exempel, bestämningen av blodcirkulationen i artärerna är en viktig aspekt av studiet av plackbildning vid åderförkalkning. Även om hydrodynamiska simuleringar kan ge viktig information, experimentella studier behövs för slutgiltig bekräftelse.

Dock, Det är ganska svårt att karakterisera flöden på en skala av några hundra nanometer. Den nuvarande tekniken för partikelavbildningshastighet (PIV), spåra förskjutningarna av fluorescerande mikrosfärer, kan praktiskt taget inte användas för lokal realtidsobservation av dynamiska system. Vidare, i fallet med hastighetsgradienter (skjuvning) som är gemensamma för kapillärnätverk, PIV visar dåliga signal-brus-förhållanden och knapp rumslig upplösning.

I deras Naturens nanoteknik papper, den fransk-nederländska forskargruppen rapporterar nu användningen av nanorods snarare än sfärer. De visar att omedelbar detektering av den kollektiva orienteringen av nanoroderna i en liten fokalvolym möjliggör direkt mätning och snabb skanning av den lokala skjuvhastigheten. Som ett bevis på konceptet demonstrerar de tomografisk kartläggning av skjuvfördelningen i ett mikrofluidiskt modellsystem med hjälp av skanningskonfokalmikroskopi.

Forskarna syntetiserade nanorods av lantanfosfat (LaPO4) kristaller, dopad med självlysande europium (Eu3+) joner. Som stockar av träd som flyter på en flod dessa nanorods, 10 nm i diameter och 200 nm i längd, gradvis orientera sig längs flödesriktningen. Tack vare europiumjonernas starkt polariserade ljusemissionsegenskaper kunde deras rumsliga orientering spåras med hjälp av deras emissionsspektrum. Således, det blev möjligt att analysera, i realtid och med oöverträffad upplösning, flödet av en vätska i en liten mikrofluidisk kanal.

Detta arbete öppnar lovande perspektiv för den grundläggande förståelsen av fenomen relaterade till flödet av en vätska i komplexa kanaler. Utöver detta, dessa orienteringssonder kan också användas inom biologi, att följa in-situ komplexa mekanismer relaterade till biomakromolekylers orienteringsdynamik för att förklara deras egenskaper och deras verkningssätt.