Μετρώντας το φορτίο των νανοσωματιδίων

Μια νέα μέθοδος που πέρα από το μέγεθος των νανοσωματιδίων υπολογίζει με άμεσο τρόπο και το ηλεκτρικό τους φορτίο, παρουσιάστηκε για πρώτη φορά στο περιοδικό «Nature Nanotechnology». H έρευνα, που διεξήχθη στο πανεπιστήμιο της Ζυρίχης υπό την καθηγήτρια βιοφυσικής Madhavi Krishnan μπορεί να οδηγήσει σε αποτελεσματικότερη παραγωγή φαρμάκων αλλά και να βοηθήσει στη γενικότερη έρευνα στη νανοτενολογία.
Στη νανοτεχνολογία, ως σωματίδιο περιγράφεται ένα μικρό αντικείμενο που έχει κάποιες συγκεκριμένες σταθερές ιδιότητες. Τα νανοσωματίδια ή υπέρλεπτα σωματίδια, είναι τα σωματίδια εκείνα τα οποία έχουν μέγεθος από 1 μέχρι 100 νανόμετρα, είναι δηλαδή ως και ένα εκατομμύριο φορές μικρότερα από το χιλιοστό του μέτρου. Καθώς δεν είναι ορατά με το μάτι, οι ιδιότητές τους και ο χαρακτηρισμός τους μελετώνται με ηλεκτρονικά ή ατομικά μικροσκόπια, φασματομετρία ή ακόμη και πυρηνική μαγνητική τομογραφία.
Η νέα μέθοδος που αναπτύχθηκε στη Ζυρίχη, έγκειται στο να τοποθετούν τα σωματίδια μέσα σε μία ηλεκτροστατική «παγίδα». Ανάμεσα σε δύο γυάλινες πλάκες, στις οποίες οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει «τρύπες» με χαμηλές ενέργειες, τοποθετείται ένα διάλυμα με τα υπό μελέτη σωματίδια. Τα σωματίδια τότε, καταλαμβάνουν αυτές τις τρύπες αφού κάθε σωματίδιο προσπαθεί να βρεθεί σε μία κατάσταση στην οποία η ενέργειά του είναι η ελάχιστη, και το κλειδί είναι πως σε αυτές τις «τρύπες» υπάρχει ένα ασθενές ηλεκτρικό πεδίο. Τα σωματίδια, ανάλογα με το φορτίο τους, δεν παραμένουν ακίνητα, αλλά εκτελούν κυκλικές ταλαντώσεις καθώς συγκρούονται με τις ηλεκτρικά φορτισμένες τρύπες, και η κίνησή τους επιτρέπει στους ερευνητές να υπολογίσουν με ακρίβεια το ηλεκτρικό τους φορτίο. Σωματίδια με μικρό φορτίο σε γενικές γραμμές εκτελούν ταλαντώσεις με μεγαλύτερη περιφέρεια από ότι σωματίδια με μεγάλο φορτίο, όπως αντίστοιχα μια μπάλα με μικρό βάρος που εκσφενδονίζεται φτάνει μακρύτερα από ότι μια μπάλα με μεγάλο βάρος.
Το πείραμα έχει παρόμοια λογική με εκείνο που είχε εκτελέσει ο αμερικανός φυσικός Robert Millikan to 1909, και είχε βραβευτεί για αυτό με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1923. Στο πείραμα του ο Millikan είχε χρησιμοποιήσει σταγόνες από λάδι, και εξισώνοντας τις βαρυτικές με τις ηλεκτρικές δυνάμεις μεταξύ των σταγόνων λαδιού, κατάφερε να υπολογίσει το ηλεκτρικό τους φορτίο, και να κάνει μία εκτίμηση για το φορτίο του ηλεκτρονίου, που διέφερε μόλις 1% με την τιμή του ηλεκτρικού φορτίου του ηλεκτρονίου που υπολογίζουμε σήμερα. Η διαφορά είναι πως το πείραμα του Millikan εκτελέστηκε σε κενό, ενώ στα πειράματα στη Ζυρίχη, τα σωματίδια επιπλέουν σε ένα χημικό διάλυμα.
Το φορτίο των σωματιδίων που εμπεριέχονται σε διαλύματα που κατασκευάζονται βιομηχανικά είναι μεγάλης σημασίας καθώς από αυτό εξαρτώνται πολλές χημικές ιδιότητες και η ίδια η σταθερότητα του διαλύματος. Στις ίδιες τις βιολογικές διαδικασίες, στις πρωτεΐνες, στο DNA και σε άλλες μοριακές διατάξεις, το ηλεκτρικό φορτίο παίζει επίσης σημαίνοντα ρόλο. Πρόκειται για την πρώτη απευθείας μέτρηση του ηλεκτρικού φορτίου των νανοσωματιδίων σε πραγματικό χρόνο και τα οφέλη από τη νέα μέθοδο στην έρευνα βιοφυσικής αλλά και νανοτεχνολογίας αναμένεται να είναι πολλαπλά.

Πηγή:
http://www.naftemporiki.gr/news/cstory.asp?id=2217420