Funktionaliteten hos nanopartiklar i en mängd applikationer, inklusive läkemedelstillförsel och nanooptik, dikteras ofta av deras massa och storlek. Att mäta dessa egenskaper samtidigt för samma nanopartikel har också varit utmanande.

Nu har forskare från University of Melbourne och Massachusetts Institute of Technology (MIT) upptäckt att denna mätprestation kan utföras genom att passera nanopartiklarna, i sin ursprungliga lösning, genom ett billigt och enkelt mekaniskt rör.

I en artikel som släpptes idag i Nature Communications beskriver forskare hur de gjorde upptäckten med hjälp av befintlig instrumentering och ny matematik.

Enkla massbalanser fungerar genom att spåra frekvensen hos en mekanisk resonator. Men kan dessa balanser användas för att också mäta storlek? För att ta itu med denna fråga, teamet studerade hur nanopartiklar rör sig när de placeras i ett mekaniskt vätskefyllt rör som vibrerar.

Medförfattare och University of Melbourne Research Fellow, Dr Jesse F. Collis, säger att "medan tidigare tillämpningar har fokuserat på nanopartiklars upp-och-nerrörelse i förhållande till den omgivande vätskan, vi undrade över effekten av rotationsrörelse."

MIT postdoktor och co-lead författare, Georgios Katsikis, gjorde den viktigaste experimentella observationen att rörets vibration kan förändras även när röret inte vibrerar upp och ner.

"Det här förvånade mig. Alla hade trott att ingen upp-och-ned-rörelse betydde ingen signal. Vi ville förstå vad som låg bakom denna signal."

Forskare trodde tidigare att om du flyter en nanopartikel i ett rör och skakar den, svaret skulle vara proportionellt mot partikelns massa. Men den nya studien visar att utöver detta välförstådda svar, det finns ett andra svar som är proportionellt mot partikelstorleken.

"I grund och botten, nanopartikeln skapar ett hål i vätskan som förändrar vätskeflödet, " sa Dr Collis. "Det är detta fenomen som gör att vi kan utveckla ny matematik för att länka rörvibrationen till hålet, och därav partikelstorleken utöver dess massa."

Fynden har viktiga konsekvenser för bioteknik, där kunskap om partikelstorlek kan användas för att utöka befintliga tillämpningar av massa. Virala vektorer under utveckling av vaccin kan vägas för att kontrollera om DNA har lyckats packas in i ett virus. Storleken kan ge information om virus bildar klumpar av aggregat, vilket minskar behandlingens effekt.

Motsvarande författare, Professor John Sader (University of Melbourne) och Professor Scott Manalis (MIT), styrde de matematiska och experimentella aspekterna av studien.

Fynden publicerades i Naturkommunikation .