En skiftnyckel eller en skruvmejsel av en enda storlek är användbar för vissa jobb, men för ett mer komplicerat projekt, du behöver en uppsättning verktyg i olika storlekar. Efter denna vägledande princip, forskare vid National Institute of Standards and Technology har konstruerat en vätskeanordning i nanoskala som fungerar som ett "multiverktyg" i miniatyr för att arbeta med nanopartiklar - objekt vars dimensioner mäts i nanometer, eller miljarddels meter.

Introducerades först i mars 2009 (se "NIST-Cornell Team bygger världens första nanofluidiska enhet med komplexa 3D-ytor", anordningen består av en kammare med en kaskad "trappa" av 30 nanofluidiska kanaler som sträcker sig i djupet från cirka 80 nanometer upptill till cirka 620 nanometer (något mindre än en genomsnittlig bakterie) längst ner. Vart och ett av de många "stegen" i trappan ger ett annat "verktyg" av en annan storlek för att manipulera nanopartiklar i en metod som liknar hur en myntsorterare separerar nickel, dimes och quarters.

I en ny artikel i tidskriften Lab on a Chip , forskargruppen från NIST visar att enheten framgångsrikt kan utföra den första av en planerad svit av uppgifter i nanoskala - separera och mäta en blandning av sfäriska nanopartiklar av olika storlekar (som sträcker sig från cirka 80 till 250 nanometer i diameter) dispergerade i en lösning. Forskarna använde elektrofores - metoden att flytta laddade partiklar genom en lösning genom att tvinga dem framåt med ett applicerat elektriskt fält - för att driva nanopartiklarna från den djupa änden av kammaren över enheten in i de allt grundare kanalerna. Nanopartiklarna märktes med fluorescerande färg så att deras rörelser kunde spåras med ett mikroskop.

Som förväntat, de större partiklarna stannade när de nådde stegen i trappan med djup som matchade deras diametrar på cirka 220 nanometer. De mindre partiklarna gick vidare tills de för, var begränsade från att röra sig in i grundare kanaler på djup av cirka 110 nanometer. Eftersom partiklarna var synliga som fluorescerande ljuspunkter, positionen i kammaren där varje enskild partikel stoppades kunde kartläggas till motsvarande kanaldjup. Detta gjorde det möjligt för forskarna att mäta fördelningen av nanopartikelstorlekar och validera användbarheten av enheten som både ett separationsverktyg och referensmaterial. Integrerad i ett mikrochip, enheten kan möjliggöra sortering av komplexa nanopartikelblandningar, utan observation, för efterföljande ansökan. Detta tillvägagångssätt kan visa sig vara snabbare och mer ekonomiskt än konventionella metoder för beredning och karakterisering av nanopartikelprover.

NIST-teamet planerar att konstruera nanofluidiska enheter optimerade för olika applikationer för sortering av nanopartiklar. Dessa enheter kan tillverkas med skräddarsydd upplösning (genom att öka eller minska stegstorleken på kanalerna), över ett visst område av partikelstorlekar (genom att öka eller minska de maximala och minsta kanaldjupen), och för utvalda material (genom att anpassa kanalernas ytkemi för att optimera interaktion med ett specifikt ämne). Forskarna är också intresserade av att avgöra om deras teknik kan användas för att separera blandningar av nanopartiklar med liknande storlekar men olika former - till exempel, blandningar av rör och sfärer.