(Phys.org) — De makroskopiska effekterna av vissa nanopartiklar på människors hälsa har länge varit tydliga för blotta ögat. Vad forskarna har saknat är förmågan att se de detaljerade rörelserna hos enskilda partiklar som ger upphov till dessa effekter.

I en nyligen publicerad studie, forskare vid Virginia Tech Carilion Research Institute uppfann en teknik för att avbilda nanopartikeldynamik med atomupplösning eftersom denna dynamik uppstår i en flytande miljö. Resultaten kommer att tillåta, för första gången, avbildning av processer i nanoskala, såsom uppslukningen av nanopartiklar i celler.

"Vi blev förvånade över att se den stora rörligheten i så små föremål, sa Deborah Kelly, en biträdande professor vid Virginia Tech Carilion Research Institute. "Vi har nu ett system för att titta på beteendet hos terapeutiska nanopartiklar i atomär upplösning."

Nanopartiklar är gjorda av många material och finns i olika former och storlekar. I den nya studien, Kelly och hennes kollegor valde att göra stavformade guldnanopartiklar till stjärnorna i sina nya molekylära filmer. Dessa nanopartiklar, ungefär lika stor som ett virus, används för att behandla olika former av cancer. Efter injicering, de ackumuleras i solida tumörer. Infraröd strålning används sedan för att värma dem och förstöra närliggande cancerceller.

För att ta en närmare titt på guldnanopartiklarna i aktion, forskarna gjorde en vakuumtät mikrofluidkammare genom att trycka ihop två kiselnitridhalvledarchips med en 150 nanometers distans däremellan. Mikrochipsen innehöll genomskinliga fönster så att strålen från ett transmissionselektronmikroskop kunde passera för att skapa en bild i atomskala.

Med den nya tekniken, forskarna skapade två typer av visualiseringar. Den första inkluderade bilder av individuella nanopartiklars atomstrukturer vid 100, 000 gångers förstoring – den högsta upplösningen som någonsin tagits av nanopartiklar i en flytande miljö.

Den andra visualiseringen var en film inspelad vid 23, 000 gångers förstoring som avslöjade rörelserna hos en grupp nanopartiklar som reagerar på en elektronstråle, som efterliknar effekterna av den infraröda strålningen som används i cancerterapier.

I filmen, guldnanopartiklarna kan ses surfa på flodvågor i nanoskala.

"Nanopartiklarna betedde sig som sandkorn som koncentrerades på en strand genom att slå in vågor, ", sade Kelly. "Vi tror att detta beteende kan vara relaterat till varför nanopartiklarna blir koncentrerade i tumörer. Vårt nästa experiment blir att sätta in en cancercell för att studera nanopartiklarnas terapeutiska effekter på tumörer."

Teamet testar också upplösningen av mikrofluidsystemet med andra reagenser och material, föra forskare ett steg närmare att se levande biologiska mekanismer i aktion på högsta möjliga upplösningsnivåer.

Studien dök upp i Kemisk kommunikation i artikeln "Visualisering av nanopartikelmobilitet i vätska vid Atomic Resolution."