Nanofluidics as a tool for parallelized single nanoparticle characterization: Fluorescence single nanoparticle catalysis and size determination through 1D Brownian motion
Doktorsavhandling, 2021
This thesis is based on two novel methods for single nanoparticle characterization. The first method, parallelized nanofluidic fluorescence microscopy, evaluates the fluorescence downstream of single Au nanoparticles, each one in its own nanochannel, to measure the turnover frequency during catalytic reduction at the particle surfaces. It facilitates measurements of catalytic turnover frequency from single Au nanoparticles of different sizes and shapes measured in a parallelized fashion to ensure identical reaction conditions and synchronous measurement. The second method, Nano-SMF, monitors the Brownian motion of fluorescent particles flowing through an array of nanochannels and determines the particle sizes based on the particle movement. It provides characterization of size and multiple fluorescence intensities for thousands of individual fluorescent particles with high throughput and for complex size distributions, which are prevalent in biological systems.
Both methods utilize nanofluidic flow systems to keep the readout signal in focus of the microscope and separate the nanoparticles and the signals emanated by them within parallel nanochannels. Together they showcase how nanofluidics provides a practical and versatile platform for single nanoparticle characterization.
dark field microscopy
single nanoparticle catalysis
heterogenous catalysis
particle tracking
Brownian motion
fluorescence microscopy
nanofluidics
Författare
Sune Levin
Chalmers, Biologi och bioteknik, Kemisk biologi
A nanofluidic device for parallel single nanoparticle catalysis in solution
Nature Communications,;Vol. 10(2019)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Q. Lubart, S. Levin, S. Block, S. Jõemetsa, E. Olsén, S. Kesarimangalam, A. Görgens, S. El-Andaloussi, F. Höök, M. Bally, F. Westerlund, E. K. Esbjörner. Size determination and multiplexed fluorescence-based phenotyping of single cell-derived membrane vesicles using a nanochannel device
Nanofluidic Trapping of Faceted Colloidal Nanocrystals for Parallel Single-Particle Catalysis
ACS Nano,;Vol. In Press(2022)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Nanopartiklar är så små att om du håller en nanopartikel i handen, så har den samma storlek i förhållande till dig som du har till jordklotet du står på. De är otroligt användbara inom massor av nya tekniker så som solenergi, cancerterapi eller katalys, och biologiska nanopartiklar finns i våra kroppar och sköter till exempel kommunikation mellan celler. Anledningen till att nanopartiklar är så användbara är de nya materialegenskaper som uppkommer när man skalar ner material till nano-storlekar. Eftersom nanopartiklarna är så små är dessa egenskaper dock svåra att undersöka och trots att forskningen går fort framåt är det mycket som fortfarande är oklart. Ett av problemen är att liknande nanopartiklar ofta kan uppvisa väldigt olika egenskaper och man behöver därför undersöka enstaka partiklar för att förstå hur de fungerar fullt ut.
Att mäta nanopartiklars egenskaper är vad jag gett mig an i arbetet bakom min avhandling. Jag och mina kollegor har utvecklat två metoder som på olika sätt kan utvärdera egenskaper hos många, men enstaka, nanopartiklar. Den första metoden går ut på att fånga nanopartiklar i nanokanaler och se hur aktiva de är i att driva kemiska reaktioner. I den andra metoden tittar jag istället på självlysande nanopartiklars rörelse när de flödar genom nanokanaler och kan genom noggrann analys av deras rörelse bestämma partiklarnas storlek. Båda metoderna använder sig av nanofluidik, som är läran om hur vätska och flöde fungerar i nanoskala. I nanokanaler kan partiklarna hållas på plats i ett mikroskops fokus och på så vis ge tydligare mätsignaler, vilket behövs för att kunna mäta enstaka nanopartiklars egenskaper. I min avhandling går jag igenom grunden för dessa två mätmetoder och visar på hur nanofluidik utgör en mångsidig plattform för att mäta egenskaper hos enstaka nanopartiklar.
Styrkeområden
Nanovetenskap och nanoteknik
Ämneskategorier
Energiteknik
Biologiska vetenskaper
Nanoteknik
Kemi
ISBN
978-91-7905-469-4
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 4936
Utgivare
Chalmers