La fonctionnalité des nanoparticules dans une multitude d'applications, y compris l'administration de médicaments et la nano-optique, est souvent dictée par leur masse et leur taille. Mesurer ces propriétés simultanément pour la même nanoparticule a également été un défi.

Maintenant, des scientifiques de l'Université de Melbourne et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont découvert que cet exploit de mesure peut être réalisé en passant les nanoparticules, dans leur solution native, par un tube mécanique simple et peu coûteux.

Dans un article publié aujourd'hui dans Nature Communications, les chercheurs détaillent comment ils ont fait la découverte en utilisant l'instrumentation existante et les nouvelles mathématiques.

Les bilans de masse simples fonctionnent en suivant la fréquence d'un résonateur mécanique. Mais ces balances peuvent-elles également être utilisées pour mesurer la taille ? Pour répondre à cette question, l'équipe a étudié comment les nanoparticules se déplacent lorsqu'elles sont placées dans un tube rempli de fluide mécanique qui vibre.

Co-auteur principal et chercheur à l'Université de Melbourne, Dr Jesse F. Collis, dit que "alors que les applications précédentes se sont concentrées sur le mouvement de haut en bas des nanoparticules par rapport au fluide environnant, nous nous sommes interrogés sur l'effet du mouvement de rotation."

Stagiaire postdoctoral MIT et co-auteur principal, Georgios Katsikis, a fait l'observation expérimentale clé que la vibration du tube peut changer même lorsque le tube ne vibre pas de haut en bas.

"Cela m'a surpris. Tout le monde avait pensé qu'aucun mouvement de haut en bas ne signifiait aucun signal. Nous voulions comprendre ce qui se cache derrière ce signal."

Les scientifiques pensaient auparavant que si vous faites flotter une nanoparticule dans un tube et la secouez, la réponse serait proportionnelle à la masse de la particule. Mais la nouvelle étude montre que, en plus de cette réponse bien comprise, il existe une seconde réponse qui est proportionnelle à la taille de la particule.

"Essentiellement, la nanoparticule crée un trou dans le liquide qui modifie l'écoulement du liquide, " a déclaré le Dr Collis. " C'est ce phénomène qui nous permet de développer de nouvelles mathématiques pour relier la vibration du tube au trou, et donc la taille des particules en plus de sa masse."

Les résultats ont des implications importantes pour la biotechnologie, où la connaissance de la taille des particules peut être utilisée pour augmenter les applications existantes de la masse. Les vecteurs viraux dans le développement de vaccins peuvent être pesés pour vérifier si l'ADN est bien emballé à l'intérieur d'un virus. La taille peut fournir des informations si le virus forme des amas d'agrégats, ce qui réduit l'efficacité du traitement.

Auteurs correspondants, Professeur John Sader (Université de Melbourne) et Professeur Scott Manalis (MIT), dirigé les aspects mathématiques et expérimentaux de l'étude.

Les résultats ont été publiés dans Communication Nature .