Les ingénieurs de procédés de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ont développé une méthode pour déterminer la taille et la forme des nanoparticules en dispersion beaucoup plus rapidement que jamais. A base de nanotiges d'or, ils ont démontré que les distributions de longueur et de diamètre peuvent être mesurées avec précision en une seule étape au lieu de la série compliquée d'images au microscope électronique qui étaient nécessaires jusqu'à présent. Des nanoparticules de métaux précieux sont utilisées, par exemple, comme catalyseurs et agents de contraste pour le diagnostic du cancer.

Au moyen Âge, des particules d'or ont été utilisées pour créer des couleurs rouges et bleues vibrantes, par exemple, pour illustrer des scènes bibliques dans des vitraux. Cet effet est causé par l'interaction entre les champs électromagnétiques de la lumière entrante avec les électrons dans le métal, qui vibrent collectivement. Les nanoparticules d'or ou d'argent présentent un intérêt pour des applications modernes en biotechnologie et comme catalyseurs, tandis que leurs propriétés optiques sont appliquées dans la technologie d'imagerie médicale, où ils agissent comme agent de contraste pour le diagnostic des tumeurs. Les particules sont spécialement synthétisées à des fins diverses, car leurs propriétés dépendent de leur taille, forme, surface, structure interne et composition.

Le suivi de ce processus de synthèse est très complexe :alors qu'il est relativement simple de déterminer la taille des nanoparticules à l'aide de techniques de mesure optique, un grand nombre d'images au microscope électronique doivent être analysées dans un processus détaillé et long avant que la forme de la particule puisse être déterminée. Cela entrave le développement de nouvelles méthodes de fabrication et de transformation, car des mesures chronophages sont nécessaires pour suivre tout changement de la taille ou des propriétés des particules.

Déterminer la taille et la forme en une seule étape

En collaboration avec des groupes de travail du domaine des mathématiques dirigés par Dr. Lukas Pflug et Prof. Dr. Michael Stingl, et physico-chimie, dirigé par Prof. Dr. Carola Kryschi, Les ingénieurs de procédés de la FAU, dirigés par Simon Wawra et le professeur Dr. Wolfgang Peukert, ont développé une nouvelle méthode pour mesurer la distribution de la longueur et du diamètre des nanotiges d'or plasmonique en une seule expérience.

Dans un premier temps, les particules sont dispersées dans l'eau dans un bain à ultrasons, où ils coulent par centrifugation. À la fois, ils sont ciblés par des éclairs de lumière, et leurs propriétés spectrales enregistrées à l'aide d'un détecteur. "En combinant l'optique d'absorption multi-longueurs d'onde et l'ultracentrifugation analytique, nous avons pu mesurer simultanément les propriétés optiques et sédimentaires des nanotiges, " explique le professeur Wolfgang Peukert. Les chercheurs ont basé leur méthode d'analyse sur le fait que la vitesse de sédimentation et la force d'absorption de la lumière dépendent du diamètre et de la longueur des nanotiges. " La distribution de la longueur, diamètre, ratio d'aspect, la surface et le volume peuvent être dérivés directement en conséquence, " explique Wolfgang Peukert.

La méthode développée à la FAU ne se limite pas aux nanoparticules de métaux précieux. Il peut être utilisé sur un certain nombre de matériaux plasmoniquement actifs et peut également être étendu à d'autres formes géométriques. Lors de la synthèse, des particules en forme de sphère sont créées en même temps que des nanotiges, et leur distribution et leur pourcentage en masse dans l'échantillon peuvent également être mesurés avec précision. Peukert :« Notre nouvelle méthode permet une analyse complète et quantitative de ces systèmes de particules très intéressants. Nous pensons que nos travaux contribueront à pouvoir caractériser les nanoparticules plasmoniques de manière rapide et fiable lors de la synthèse et dans un certain nombre d'applications.