Raziskovalni projekt (so)financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost RS.
Članica UL: Fakulteta za matematiko in fiziko
Šifra projekta: J2-50089
Naziv projekta: Fourierova korelacijska mikroskopija za karakterizacijo delcev in velocimetrijo v kompleksni mehki snovi
Obdobje: 1. 10. 2023 - 30. 9. 2026
Letni obseg: 0,59 FTE, cenovna kategorija: C
Vodja: Natan Osterman
Veda: Naravoslovje
Sodelujoče RO, sestava projektne skupine in bibliografske reference
Vsebinski opis projekta:
Meritve zeta potenciala so pomemben in široko uporabljen karakterizacijski postopek nanometrskih objektov v kompleksnih tekočinah, kot so farmacevtski pripravki, črnila, biološki materiali, proteini... Zeta potencial nudi informacije o stabilnosti, vpliva na interakcije med delci in igra ključno vlogo v industrijskih procesih. Skozi leta je bilo razvitih veliko metodologij za merjenje zeta potenciala. Večina metod temelji na detekciji ansambelskega povprečja delcev, kot npr. fazna analiza sipanja svetlobe (PALS), Dopplerjeva velocimetrija in tekočinska potencialometrija.
Velikost delcev je še en pomemben parameter pri karakterizaciji delcev. Za tekočine se običajno uporablja dinamično sipanje svetlobe (DLS) pri študiju majhnih delcev ali lasersko difrakcijo (LD) pri srednje velikih in velikih delcih. Obe tehniki se široko uporabljata ter sta komercializirani in standardizirani. Tako DLS kot LD temeljita na povprečenju celotnega nabora delcev in zato merita le povprečno hidrodinamično velikost delcev in samo v določenih, omejenih primerih je možno izmeriti porazdelitev delcev po velikostih.
Skupni težavi navedenih tehnik sta:
- Zaradi osnovnega povprečevanja se izgubijo podrobne informacije o velikosti oz. porazdelitvi velikosti delcev.
- Vse tehnike sipanja svetlobe zahtevajo razredčitev vzorcev, zato je karakterizacija delcev v njihovem naravnem, gostem okolju težavna oz. nemogoča.
V okviru tega projekta bomo razvili novo tehniko karakterizacije delcev, ki združuje Fourierjevo mikroskopijo in kapilarno elektroforezo. Elektroforeza je dobro znana tehnika ločevanja, pri kateri se nabiti delci ločijo v električnem polju glede na naboj in velikost. S Fourierjevo analizo video zaporedja delcev, ki se Brownovo gibljejo v prisotnosti zunanjega električnega polja, bomo izluščili velikost in zeta potencial delcev, ko se med elektroforezo premikajo skozi detekcijsko območje. Ker so delci v procesu ločeni glede na njihovo elektroforetično mobilnost, nam bo to omogočilo merjenje elektroforetske mobilnosti (zeta potencial) kot funkcije velikosti delcev z visoko natančnostjo. Tehnika je še posebej primerna za goste raztopine delcev velikosti od 10 nm do 100 mikrometrov. Prekaša trenutne ansambelske metode, ki temeljijo na sipanju svetlobe (DLS, LD ali PALS). Za načrtovano velikostno območje delcev bo metoda rešila obe glavni težavi, ki sta skupni zgoraj omenjenim tehnikam sipanja svetlobe, in tako zagotovila boljši vpogled v proučevani sistem.
Cilji projekta so izpeljati osnovno teorijo, razviti analitična orodja in dokazati izvedljivost pristopa z izgradnjo samostojne senzorske naprave za karakterizacijo delcev. Poleg tega bo projekt uporabil načela razvite mikroskopske velocimetrije za preučevanje kompleksne tekoče snovi, vključno z agregacijo biofarmacevtskih izdelkov, elektrokonvekcijo v nematskih tekočih kristalih in gibanjem nesferičnih delcev v prisotnosti zunanjih polj. Rezultati projekta bodo zagotovili nove priložnosti in koristi ne samo za znanstveno skupnost, ampak tudi za industrijo.
