Nanorészecskék… Na de mekkora a kicsi?

A kutatók olyan új méréstechnikát fejlesztettek ki, ami 1 nanométeres pontosságot eredményez, így alkalmazásával fontos következtetések vonhatók le a részecskék viselkedésével és a felhasználásának kockázatával kapcsolatban.

Kozmetikai termékek – napozókrém, fogkrém vagy dezodor -, színezőanyagok vagy festékek, esetleg rákterápiában használatos anyagok: a nanorészecskék felhasználásának területe igen széleskörű. Azonban a részecskék előállításakor, felhasználásakor és ártalmatlanításakor fellépő kockázatokat eddig csak nehezen tudták megbecsülni, hiszen parányi méretük miatt teljesen más kémiai és fizikai jellemzőkkel rendelkeznek, mint a nagyobb részecskék vagy azonos anyagok szilárd halmazállapotú elemei. A részecskék viselkedését ugyanakkor jelentősen befolyásolja a méretük: egy 18 nanométer méretű részecske tulajdonságai lényegesen eltérhetnek a 35 vagy 160 nanométer nagyságú részecske jellemzőitől.

A méretkülönbség ennek megfelelően fontos szerepet játszik a törperészecskék emberre és környezetre gyakorolt hatásának meghatározásában, ugyanakkor éppen ezek a mérettől függő tulajdonságok biztosítják a sokrétű technológiai alkalmazást. Attól függetlenül, hogy milyen területen kerül majd felhasználásra, a nanorészecske méretének pontos meghatározása elengedhetetlen a technika fejlődése szempontjából.  

160 nanométer méretű kvarcrészecske. A felvétel transzmissziós detektorral felszerelt reflexiós elektronmikroszkóppal készült. A detektor azokat az elektronokat méri, melyek a mintán áthaladnak. A nanorészecskék fekete színben jelennek meg, mivel rajtuk aligha hatolnák át elektronok.
© PTB

A pontos méretfelvételhez a német Fizikai-Műszaki Technikai Intézet (PTB) kutatói olyan elektronmikroszkópos mérési eljárást fejlesztettek, mely többféle elektronmikroszkóp előnyeit képes egyesíteni - reflexiós (sugárvisszaverő) elektronmikroszkópot szereltek fel ún. transzmissziós detektorral. A nanorészecskék nagypontosságú mérésénél ugyanis problémát jelent a részecske határvonalának egzakt meghatározása, hiszen az - az elektronmikroszkópok képén - eddig csak elmosódva látszott.

Az elmosódások szűrésére és leválasztására szimulációt alkalmaznak: egy a PTB-n fejlesztett szoftver kiszámolja a detektor jelét a részecske becsült – például 150 nanométer – nagyságára, majd az elektronok és a részecske között fellépő hatások, valamint a detektor tulajdonságainak figyelembevételével értékel. Ezután összehasonlítás következik. Ha a jelből számított érték megfelel a mértnek, a szimulációból meghatározható a vizsgált részecske valódi mérete. Ha nem, egy másik részecskenagysággal – például 151 nanométer - számolnak tovább, egészen addig, amíg a két érték egyezőséget nem mutat.

A PTB kutatói különböző fémeket, kerámiákat és műanyagokat vizsgálva ábrázolni tudták, hogy a detektor által küldött jel az anyagok tulajdonságainak függvényében is változik. Így az elektronok a nagysűrűségű arannyal egészen másképp hatnak egymásra, mint például az alacsony sűrűségű latex-szel. A szokásos eljárás tehát, melynél a részecskék adatainak értékelését egyazon kritérium alapján végzik – és így nem veszik figyelembe, melyik és milyen méretű anyagról van szó – sok sebből vérzik.
 
Hogy a részecske anyagát és méretét is figyelembe lehessen venni, a PTB kutatói automatikus kiértékelő rendszert fejlesztettek, ami a szimulációs eredményeket alapul véve minden egyes részecskére egyedi detektorjelet számít, és precíz méretmeghatározást eredményez. Az eljárással - részletessége ellenére - pár perc alatt több száz felvétel automatikus feldolgozására nyílik lehetőség. A kutatók azonban nemcsak az értékelés rendszerét tökéletesítették: automatizálták a felvételt készítő rendszert is, így egy nap alatt akár több ezer felvétel elkészítése és kiértékelése is megoldható lesz.

A PTB új mérési eljárásával olyan hitelesített etalonanyagok is előállíthatók lesznek az EU területén, melyek segítségével valamennyi mérés egy meghatározott sztenderddel lesz összevethető. Csak így válhat lehetővé a különböző laboratóriumok mérési eredményeinek egységesítése.

Forrás: www.scinexx.de

Varga Balázs