Un mix di metodi rende i nanomateriali più sicuri
Annunci
L'uso sicuro dei nanomateriali e le loro prestazioni ottimali dipendono in larga misura dalle loro superfici. Tuttavia, finora è stato difficile caratterizzarle in modo affidabile. Due nuovi studi dell'Istituto federale per la ricerca e il collaudo dei materiali (BAM) dimostrano ora che solo una combinazione mirata di metodi analitici moderni può fornire risultati affidabili. I ricercatori hanno così creato una base importante per l'uso sicuro e sostenibile dei nanomateriali.
Le loro superfici svolgono un ruolo fondamentale nel determinare il funzionamento dei nanomateriali, la loro interazione con l'ambiente e la loro sicurezza. Queste strutture sono spesso complesse, reagiscono in modo sensibile alle condizioni ambientali e sono spesso difficili da misurare in condizioni pratiche. I singoli metodi di misurazione spesso forniscono risultati incompleti o specifici per il metodo, ad esempio se non sono in grado di distinguere chiaramente i rivestimenti superficiali dagli altri materiali.
Per affrontare questa sfida, BAM ha analizzato in due studi diversi tipi di nanoparticelle utilizzate nelle scienze biologiche e nei prodotti di consumo. Le procedure di misurazione convenzionali e di nuova concezione e le combinazioni di metodi sono state sistematicamente confrontate tra loro.
Analisi più precisa delle nanoparticelle di ossido di ferro rivestite di citrato
Il primo studio si è concentrato sulle nanoparticelle magnetiche di ossido di ferro con il citrato come ligando di superficie. Questa molecola si lega alla superficie delle particelle e ne influenza la stabilità e le interazioni. Il citrato garantisce che le particelle rimangano stabili in acqua, un prerequisito importante per le applicazioni nelle scienze biologiche, in medicina, nella tecnologia ambientale, nella tecnologia dei sensori o nella ricerca sui materiali.
I ricercatori hanno scoperto che i metodi convenzionali, come la termogravimetria, forniscono spesso valori imprecisi perché non sono in grado di distinguere in modo affidabile il citrato da altre sostanze. Solo la combinazione di metodi analitici moderni, in particolare la cromatografia liquida ad alte prestazioni e la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare quantitativa (qNMR), ha permesso di determinare il rivestimento superficiale in modo molto più preciso. Per l'applicazione della qNMR ai nanomateriali magnetici, è stato necessario sviluppare in anticipo una speciale preparazione del campione che rimuovesse in modo affidabile i composti di ferro interferenti.
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Analytical Chemistry e provengono dai progetti metrologici europei MetrINo e SMURFnano. Costituiscono una base importante per i futuri standard di misura e per le applicazioni della qNMR altamente selettiva su campioni difficili come i nanomateriali magnetici.
Nuovi approcci per determinare i gruppi funzionali sulle nanoparticelle di silice
In un secondo studio nell'ambito di SMURFnano, il team ha analizzato i metodi per caratterizzare e quantificare i gruppi funzionali, i ligandi e i rivestimenti sui nanomateriali. Il progetto è finanziato dal Programma europeo di metrologia. L'attenzione si è concentrata sulle nanoparticelle di silice la cui superficie è etichettata con i cosiddetti gruppi amminici. Questi gruppi agiscono come piccoli "siti di aggancio". Permettono alle particelle di essere combinate o modificate in modo specifico con altre sostanze, ad esempio con coloranti, strutture di riconoscimento specifiche o biomolecole. Questi gruppi funzionali sono fondamentali per la stabilità, la compatibilità e la funzione delle particelle. Tuttavia, finora mancavano metodi affidabili per determinare il loro numero esatto e la loro natura chimica.
I ricercatori hanno dimostrato che solo un mix mirato di metodi - come metodi ottici, tecniche elettrochimiche, qNMR e spettroscopia di fotoelettroni a raggi X - fornisce un quadro completo e affidabile della superficie delle particelle. Questa conoscenza è fondamentale per il controllo della qualità, lo sviluppo di nuovi materiali e la valutazione della loro sicurezza. Le tecniche elettrochimiche utilizzate sono state presentate nella rivista ACS Measurement Science Au.
Base per gli standard futuri
"I nostri studi dimostrano quanto sia importante combinare diversi metodi di misurazione per valutare l'effettiva funzionalità e sicurezza dei nanomateriali", spiega Ute Resch-Genger, responsabile del progetto presso la BAM e coordinatrice di SMURFnano. "Insieme ai metodi di misurazione e ai dati di riferimento sviluppati e convalidati, questo è un passo decisivo verso lo sviluppo di nanomateriali sostenibili ed efficienti e il loro uso sicuro".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Isabella Tavernaro, Philipp C. Sander, Elina Andresen, Uwe Schedler, Ute Resch-Genger; "Expanding the Toolbox of Simple, Cost-Efficient, and Automatable Methods for Quantifying Surface Functional Groups on Nanoparticles─Potentiometric Titration"; ACS Measurement Science Au, 2025-8-20
Anna Matiushkina, Sarah-Luise Abram, Isabella Tavernaro, Robert Richstein, Michael R. Reithofer, Elina Andresen, Matthias Michaelis, Matthias Koch, Ute Resch-Genger; "Quantifying Citrate Surface Ligands on Iron Oxide Nanoparticles with TGA, CHN Analysis, NMR, and RP-HPLC with UV Detection"; Analytical Chemistry, Volume 97, 2025-8-29
Altre notizie dal dipartimento scienza
Le notizie più lette
Altre notizie dagli altri portali
Vedere i mondi tematici per i contenuti correlati
Mondo Tematico della Spettroscopia
L'analisi attraverso la spettroscopia ci offre prospettive uniche sulla composizione e sulla struttura dei materiali. Dalla spettroscopia UV-Vis alla spettroscopia infrarossa e Raman, fino alla spettroscopia di fluorescenza e di assorbimento atomico - la spettroscopia ci fornisce un'ampia gamma di tecniche analitiche per caratterizzare le sostanze con precisione. Immergiti nell'affascinante mondo della spettroscopia!
Mondo Tematico della Spettroscopia
L'analisi attraverso la spettroscopia ci offre prospettive uniche sulla composizione e sulla struttura dei materiali. Dalla spettroscopia UV-Vis alla spettroscopia infrarossa e Raman, fino alla spettroscopia di fluorescenza e di assorbimento atomico - la spettroscopia ci fornisce un'ampia gamma di tecniche analitiche per caratterizzare le sostanze con precisione. Immergiti nell'affascinante mondo della spettroscopia!