(Phys.org)—Ett Rice University-laboratorium har kommit med ett enstaka sätt att mäta partier av enkelväggiga nanorör som lovar att hjälpa forskare och industri att effektivare använda det underbara kolmaterialet.

Nanorör som odlas i en enda sats kan variera i längd från några få nanometer till tusentals nanometer. Tills nu, den enda praktiska metoden för att mäta dem var genom avbildning med ett dyrt atomkraftmikroskop (AFM).

Men med den nya tekniken från kemisten Bruce Weismans rislab, avslöjade denna månad i tidskriften American Chemical Society ACS Nano , forskare kommer att kunna utföra dessa analyser snabbare och med mindre manuellt arbete.

Slutprodukten är ett histogram som visar fördelningen av längder i en sats av nanorör som, individuellt, är 50, 000 gånger tunnare än ett människohår.

Det här är precis sånt som forskare vill veta eftersom, även i den skalan, detaljerna skymtar stora. När det används för att leverera DNA-strängar eller droger, till exempel, enkelväggiga kolnanorör 200-300 nanometer långa verkar lättast för celler att absorbera. Andra applikationer kräver längre nanorör, till exempel, i högteknologiska kompositmaterial för flygplan och rymdfarkoster som behöver den styrka och lastöverföringseffektivitet som erbjuds av längre rör.

Jason Streit, en doktorand och huvudförfattare till tidningen, tillbringade två år med att utveckla en experimentell metod och bildbehandlingsalgoritm som kan plocka ut och spåra partier av nanorör som flyter i lösning i en liten brunn, cirka en millimeter tvärs över och lite mindre än två mikrometer djup.

Den mycket automatiserade tekniken gör det möjligt för honom att analysera partier på cirka 800 nanorör på två timmar.

"Det huvudsakliga sättet att mäta längder hittills har varit med AFM, " sa han. "För det, du måste förbereda ett prov, titta på det i mikroskop, se till att föroreningar har tagits bort, spela in bilder och mät sedan längderna. Det kan ta timmar och timmar för de flesta arbetare."

Den nya processen, kallas längdanalys genom nanorörsdiffusion (LAND), är mycket enklare. Även om den bara observerar halvledande enkelväggiga nanorör, som är naturligt fluorescerande vid nära-infraröda våglängder, det borde hjälpa forskare att förenkla karakteriseringen av nanorörssatser.

"Olika längder har olika verktyg och funktioner i applikationer, sa Weisman, en professor i kemi och en pionjär inom vetenskapen om nanorörsfluorescens. "Vissa applikationer behöver en viss kort längd, medan det finns andra där längre är bättre. Och för närvarande, nanorörslängdfördelningar är dåligt kontrollerade.

"Så ett mål är att få mer kontroll över längden på dina nanorör, och för att göra det måste du utveckla separationsmetoder. För att utveckla separationsmetoder, du behöver bra karaktäriseringsverktyg."

Medförfattare Sergei Bachilo, en forskare vid Rice, jämförde behovet av nanorör i olika storlekar med en skoaffär, där en storlek definitivt inte passar alla. "Det skulle inte fungera särskilt bra om butiken bara hade skor i medelstorlek, " han sa.

Som damm i en ljusstråle, nanorör i en flytande miljö rör sig på grund av Brownsk rörelse. Det är den inneboende rörelsen som avslöjar deras längder. Så Streit tar video. De resulterande filmerna ser ut som ett fält av stjärnor som blinkar och vandrar på natthimlen, men från dessa ramar kan han extrahera banor som talar om för honom hur lång varje individuellt spårad nanorör är. The software also automatically compiles the statistical data to make the histogram.

Some special computations are necessary to account for nanotubes that show "fragmented trajectories, " when a tube disappears behind another or leaves the field of view for a few frames.

The shorter nanotubes (below a few dozen nanometers in length) are hard to capture on video. "They're dimmer, and they move faster, so sometimes they're just a blur, " Weisman said. "One of the tricks Jason uses is to make the liquid in which they're moving more viscous" simply by adding a special sugar. "That slows them down enough to give us a better view.

"We hope that this will be a valuable tool for basic and applied research, " Weisman said. "Right in our laboratory, we're already doing basic photophysical studies in which this method plays a crucial part.

"Diagnostics that are slow and cumbersome just don't get used, " he said. "That's simply the truth. And when you convert to a method that's fast and easy, people will use it a lot more. It not only speeds things up, it leads scientists into activities they never would have undertaken before.

"This is going to be an important method for a lot of what we do around here, and hopefully for other labs as well, sa Weisman.