(PhysOrg.com) -- Tendensen hos nanopartiklar att klumpa ihop sig i lösning - "agglomerering" - är av stort intresse eftersom storleken på klustren spelar en viktig roll för materialens beteende. Giftighet, nanomaterialens beständighet i miljön, deras effektivitet som biosensorer och, för den delen, experimentens noggrannhet för att mäta dessa faktorer, är alla kända för att påverkas av agglomeration och klusterstorlek. Nyligen arbete vid National Institute of Standards and Technology erbjuder ett sätt att exakt mäta både fördelningen av klusterstorlekar i ett prov och den karakteristiska ljusabsorptionen för varje storlek. Det senare är viktigt för tillämpningen av nanopartiklar i biosensorer.

Ett bra exempel på den potentiella tillämpningen av arbetet, säger NIST biomedicinska ingenjör Justin Zook, håller på att utveckla biosensorer för nanopartiklar för ultrakänsliga graviditetstester. Guldnanopartiklar kan beläggas med antikroppar mot ett hormon som produceras av ett embryo kort efter befruktningen. Flera guldnanopartiklar kan binda till varje hormon, bildar kluster som har en annan färg än oklustrade guldnanopartiklar. Men bara vissa storlekskluster är optimala för denna mätning, Så att veta hur ljusabsorbansen förändras med klusterstorleken gör det lättare att designa biosensorerna så att de resulterar i kluster av precis rätt storlek.

NIST-teamet förberedde först prover av guldnanopartiklar - ett nanomaterial som används i stor utsträckning inom biologi - i en standardcellodlingslösning, använder sin tidigare utvecklade teknik för att skapa prover med en kontrollerad storleksfördelning. Partiklarna tillåts agglomerera i gradvis växande kluster och klumpningsprocessen "stänger av" efter varierande tid genom att tillsätta ett stabiliseringsmedel som förhindrar ytterligare agglomeration.

De använde sedan en teknik som kallas analytisk ultracentrifugering (AUC) för att samtidigt sortera klustren efter storlek och mäta deras ljusabsorption. Centrifugen får nanopartikelklustren att separera efter storlek, desto mindre, lättare kluster som rör sig långsammare än de större. Medan detta händer, provbehållarna skannas upprepade gånger med ljus och mängden ljus som passerar genom provet för varje färg eller frekvens registreras. Ju större klustret, desto mer ljus absorberas av lägre frekvenser. Genom att mäta absorptionen efter frekvens över provbehållarna kan forskarna både se den gradvisa separationen av klusterstorlekar och att korrelera absorberade frekvenser med specifika klusterstorlekar.

De flesta tidigare mätningar av absorptionsspektra för lösningar av nanopartiklar kunde bara mäta bulkspektra - absorptionen av alla olika klusterstorlekar blandade tillsammans. AUC gör det möjligt att mäta kvantiteten och fördelningen av varje nanopartikelkluster utan att bli förvirrad av andra komponenter i komplexa biologiska blandningar, såsom proteiner. Tekniken hade tidigare använts endast för att göra dessa mätningar för enstaka nanopartiklar i lösning. NIST-forskarna är de första som visar att proceduren även fungerar för nanopartikelkluster.