(Phys.org) - Un laboratoire de l'Université Rice a mis au point un moyen unique de mesurer des lots de nanotubes à paroi unique qui promet d'aider les chercheurs et l'industrie à utiliser plus efficacement ce merveilleux matériau carboné.

Les nanotubes cultivés en un seul lot peuvent avoir une longueur allant de quelques nanomètres à des milliers de nanomètres. Jusqu'à maintenant, la seule méthode pratique pour les mesurer était l'imagerie avec un coûteux microscope à force atomique (AFM).

Mais avec la nouvelle technique du laboratoire Rice du chimiste Bruce Weisman, révélé ce mois-ci dans la revue American Chemical Society ACS Nano , les chercheurs pourront effectuer ces analyses plus rapidement et avec moins de travail manuel.

Le produit final est un histogramme qui montre la distribution des longueurs dans un lot de nanotubes qui, individuellement, ont 50 ans, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain.

C'est exactement le genre de chose que les chercheurs veulent savoir parce que, même à cette échelle, les détails occupent une place importante. Lorsqu'il est utilisé pour délivrer des brins d'ADN ou de médicaments, par exemple, les nanotubes de carbone à paroi simple de 200 à 300 nanomètres de long semblent les plus faciles à absorber pour les cellules. D'autres applications nécessitent des nanotubes plus longs, par exemple, dans les matériaux composites de haute technologie pour les avions et les engins spatiaux qui ont besoin de la résistance et de l'efficacité de transfert de charge offertes par des tubes plus longs.

Jason Streit, un étudiant diplômé et auteur principal de l'article, a passé deux ans à développer une méthode expérimentale et un algorithme de traitement d'images capables de repérer et de suivre des lots de nanotubes flottant en solution dans un minuscule puits, environ un millimètre de diamètre et un peu moins de deux micromètres de profondeur.

La technique hautement automatisée lui permet d'analyser des lots d'environ 800 nanotubes en deux heures.

"Le principal moyen de mesurer les longueurs jusqu'à présent était avec l'AFM, " dit-il. " Pour cela, vous devez préparer un échantillon, regardez-le au microscope, s'assurer que les contaminants ont été éliminés, enregistrer des images, puis mesurer les longueurs. Cela peut prendre des heures et des heures pour la plupart des travailleurs. »

Le nouveau procédé, appelée analyse de longueur par diffusion de nanotubes (LAND), est beaucoup plus simple. Bien qu'il n'observe que des nanotubes semi-conducteurs à paroi simple, qui sont naturellement fluorescents dans le proche infrarouge, il devrait aider les chercheurs à simplifier la caractérisation des lots de nanotubes.

"Différentes longueurs ont différentes utilités et fonctions dans les applications, " dit Weisman, professeur de chimie et pionnier de la science de la fluorescence des nanotubes. "Certaines applications ont besoin d'une certaine longueur courte, alors qu'il y en a d'autres où plus c'est long c'est mieux. Et actuellement, les distributions de longueur des nanotubes sont mal contrôlées.

"Donc, un objectif est d'avoir plus de contrôle sur les longueurs de vos nanotubes, et pour ce faire, vous devez développer des méthodes de séparation. Développer des méthodes de séparation, vous avez besoin de bons outils de caractérisation."

Co-auteur Sergueï Bachilo, chercheur à Rice, comparé le besoin de nanotubes de différentes tailles à un magasin de chaussures, où une taille ne convient certainement pas à tous. "Cela ne fonctionnerait pas très bien si le magasin n'avait que des chaussures de taille moyenne, " il a dit.

Comme la poussière dans un rayon de lumière, les nanotubes dans un environnement liquide se déplacent en raison du mouvement brownien. C'est ce mouvement inhérent qui révèle leurs longueurs. Alors Streit prend la vidéo. Les films résultants ressemblent à un champ d'étoiles clignotant et errant dans le ciel nocturne, but from those frames he is able to extract trajectories that tell him how long each individually tracked nanotube is. 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, " Weisman said.