Nanopartiklar är en miljondels millimeter stora, gör dem osynliga för det mänskliga ögat. Såvida inte, det är, de är under mikroskop av professor Madhavi Krishnan, en biofysiker vid universitetet i Zürich. Prof. Krishnan har utvecklat en ny metod som mäter inte bara storleken på partiklarna utan även deras elektrostatiska laddning. Hittills har det inte varit möjligt att bestämma partiklarnas laddning direkt.

För att observera de enskilda partiklarna i en lösning, Prof. Madhavi Krishnan och hennes medarbetare "lockar" varje partikel i en "elektrostatisk fälla". Det fungerar så här:mellan två glasplattor storleken på ett chip, forskarna skapar tusentals runda energihål. Tricket är att dessa hål bara har en svag elektrostatisk laddning. Forskarna lägger till en droppe av lösningen till tallrikarna, varpå varje partikel faller ner i ett energihål och förblir instängd där. Men partiklarna förblir inte orörliga i sin fälla. Istället, molekyler i lösningen kolliderar med dem kontinuerligt, får partiklarna att röra sig i en cirkulär rörelse. "Vi mäter dessa rörelser, och kan sedan bestämma laddningen för varje enskild partikel, " förklarar Prof. Madhavi Krishnan.

Enkelt uttryckt, partiklar med bara en liten laddning gör stora cirkulära rörelser i sina fällor, medan de med hög laddning rör sig i små cirklar. Detta fenomen kan jämföras med det för en lätt boll som, när de kastas, färdas längre än en tung. Den amerikanske fysikern Robert A. Millikan använde en liknande metod för 100 år sedan i sitt oljedroppexperiment för att bestämma hastigheten för elektriskt laddade oljedroppar. 1923, han fick Nobelpriset i fysik som ett erkännande för sina prestationer. "Men han undersökte dropparna i ett vakuum, " Prof. Krishnan förklarar. "Vi å andra sidan undersöker nanopartiklar i en lösning som i sig påverkar partiklarnas egenskaper."

Elektrostatisk laddning av "nanodrogpaket"

För alla lösningar som tillverkas industriellt, den elektriska laddningen av nanopartiklarna som finns däri är också av primärt intresse, eftersom det är den elektriska laddningen som gör att en vätskelösning kan förbli stabil och inte utveckla en klumpig konsistens. "Med vår nya metod, vi får en bild av hela suspensionen tillsammans med alla partiklar som finns i den, " betonar Prof. Madhavi Krishnan. En suspension är en vätska i vilken små partiklar eller droppar är fint fördelade, till exempel i mjölk, blod, olika färger, kosmetika, vacciner och många läkemedel. "Partiklarnas laddning spelar en stor roll i detta, " berättar den Zürich-baserade forskaren.

Ett exempel är tillverkning av läkemedel som måste administreras i exakta doser under en längre period med hjälp av läkemedelsleveranssystem. I detta sammanhang, nanopartiklar fungerar som "paket" som transporterar läkemedlen dit de behöver träda i kraft. Väldigt ofta, det är deras elektriska laddning som gör att de kan passera genom vävnad och cellmembran i kroppen obehindrat och därmed träda i kraft. «Det är därför det är så viktigt att kunna mäta sin avgift. Hittills har de mest uppnådda resultaten varit oprecisa », berättar forskaren.

"Den nya metoden tillåter oss att till och med mäta i realtid en förändring i avgiften för en enskild enhet, ", tillägger Prof. Madhavi Krishnan. "Detta är särskilt spännande för grundforskning och har aldrig tidigare varit möjligt." Detta beror på att förändringar i ansvar spelar en roll i alla kroppsliga reaktioner, oavsett om det är i proteiner, stora molekyler som DNA-dubbelhelixen, där genetisk sammansättning är kodad, eller cellorganeller. "Vi undersöker hur material fungerar inom miljondelar av en millimeter."