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NIST解决微小纳米粒子测量的大问题

发布时间:2019.09.09 新闻来源:NIST标准品_NIST现货供应商_东莞市景源实验科技有限公司 浏览次数:
微小的纳米粒子在现代生活中扮演着巨大的角色,即使大多数消费者都不知道他们的存在。它们提供防晒乳液中的必需成分,防止运动员的脚部真菌进入袜子,并对抗绷带上的微生物。它们增强了流行糖果的颜色,并将粉状糖保持在甜甜圈上。它们甚至用于针对癌症治疗中特定类型细胞的高级药物。

然而,当化学家分析样品时,测量这些颗粒的大小和数量是很有挑战性的 - 这些颗粒通常比一张纸的厚度小100,000倍。技术为评估纳米粒子提供了许多选择,但专家尚未就哪种技术最佳达成共识。

在美国国家标准与技术研究院(NIST)和合作机构的一篇新论文中,研究人员得出结论,测量纳米粒子的尺寸范围 - 而不仅仅是平均粒径 - 对于大多数应用来说是最佳的。 

“这似乎是一个简单的选择,”NIST的Elijah Petersen说,他是该论文的第一作者,今天发表于环境科学:纳米。“但它会对你的评估结果产生重大影响。”

与许多测量问题一样,精度是关键。暴露于一定量的一些纳米颗粒可能具有不利影响。药物研究人员通常需要精确度来最大化药物的疗效。例如,环境科学家需要知道有多少金,银或钛纳米颗粒可能对土壤或水中的生物造成风险。 

由于测量不一致,使用比产品中所需更多的纳米颗粒也可能为制造商浪费金钱。 

虽然它们可能听起来超现代,但纳米粒子既不是新的,也不仅仅基于高科技制造工艺。纳米粒子实际上只是一个亚微观粒子,在其至少一个维度上测量小于100纳米。可以将数十万个它们放在销钉的头部上。它们对研究人员来说是令人兴奋的,因为许多材料在纳米尺度上的作用与在较大尺度上不同,纳米粒子可以做很多有用的东西。 

纳米粒子自古代美索不达米亚时代就开始使用,当时陶瓷艺术家使用极少量的金属来装饰花瓶和其他器皿。在公元4世纪的罗马,玻璃工匠将金属磨成微小的颗粒,以改变不同光照下的商品颜色。这些技术被遗忘了一段时间,但在17世纪由资源丰富的制造商再次重新发现玻璃制造。然后,在19世纪50年代,科学家Michael Faraday广泛研究了使用各种洗涤混合物来改变金颗粒性能的方法。 

由于光学技术的创新,现代纳米粒子研究在20世纪中叶迅速发展。能够看到单个粒子并研究它们的行为扩大了实验的可能性。然而,在实验纳米技术在20世纪90年代起飞之后,取得了最大的进展。突然间,可以仔细检查和操纵单个金颗粒和许多其他物质的行为。关于少量物质反射光,吸收光或行为变化的方式的发现很多,导致纳米粒子纳入更多产品中。 

之后关于他们的测量的辩论。在评估细胞或生物对纳米粒子的反应时,一些研究人员更喜欢测量粒子数浓度(科学家有时称为PNCs)。许多人发现PNCs具有挑战性,因为在确定最终测量时必须使用额外的公式。其他人更喜欢测量质量或表面积浓度。  

PNC通常用于表征化学中的金属。然而,纳米粒子的情况本质上比溶解的有机或无机物质更复杂,因为与溶解的化学物质不同,纳米粒子可以具有各种尺寸,并且有时在添加到测试材料时粘在一起。 

“如果你有一种溶解的化学物质,根据定义,它总是具有相同的分子式,”彼得森说。“然而,纳米粒子不仅具有一定数量的原子。有些将是9纳米,有些将是11纳米,有些可能是18纳米,有些可能是3纳米。

问题是这些颗粒中的每一个都可能发挥重要作用。虽然对于某些工业应用来说,对粒子数的简单估计是完全正确的,但治疗应用需要更加稳健的测量。例如,在癌症治疗的情况下,每个颗粒,无论多大或多小,都可能提供所需的解毒剂。就像任何其他类型的剂量一样,纳米粒子的剂量必须精确才能安全有效。 

彼得森说,在大多数情况下,使用粒度范围来计算PNC通常是最有帮助的。尺寸分布不使用平均值或平均值,但记录了粒子大小的完整分布,以便公式可用于有效地发现样本中有多少粒子。 

但无论使用哪种方法,研究人员都需要在他们的论文中记录它,以便与其他研究相比较。“不要以为不同的方法会给你相同的结果,”他说。 

彼得森补充说,他和他的同事们惊讶于纳米粒子上的涂层会对测量产生多大影响。他指出,一些涂层会产生正电荷,从而导致结块。 

Petersen与来自瑞士联邦实验室的研究人员以及3M的科学家合作,他们之前曾在工业环境中进行过许多纳米粒子测量。瑞士的研究人员和其他欧洲大部分国家的研究人员一样,都渴望更多地了解纳米粒子的测量,因为在许多监管环境中都需要使用PNCs。关于哪种技术最好或更有可能在许多应用中产生最精确结果的信息并不多。 

“到目前为止,我们甚至不知道我们是否能在实验室之间就粒子数浓度达成一致,”彼得森说。“它们很复杂。但现在我们开始看到它可以做到。“ 

论文:EJ Petersen,AR Montoro Bustos,B。Toman,M。Johnson,M。Ellefson,GC Caceres,AL Neuer,Q。Chan,J。Kemling,B。Mader,K。Murphy,M。Roesslein。确定真正重要的因素:建模和测量纳米粒子数量浓度。环境科学:纳米。发布于2019年8月14日.DOI:   10.1039 / c9en00462a 

 计量学和  纳米技,本文来自于NIST官方网站!
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