¿Cuál es la importancia del índice de refracción de los nanopartículas?

¿Importan el índice de refracción y la absorción para los nanopartículas?

Resumen: Discutimos el índice de refracción de oro, plata, titanio y otros nanopartículas. En este post también señalamos el índice de refracción de algunos polímeros. Finalmente, analizamos si el índice de refracción es necesario en todo momento para DLS.

En general, las propiedades ópticas del material de dispersión tienen una gran influencia en el comportamiento de dispersión observado. La teoría de Mie puede describir completamente estos fenómenos. Por lo tanto, la teoría de Mie es la mejor opción. Por ejemplo, el índice de refracción n y la absorción k del material dispersante afectan la intensidad de dispersión. Como resultado, para muchos investigadores interesados en el rango de tamaño de los nanomateriales, las propiedades ópticas del material en sí son desconocidas. ¿Qué podemos hacer en tal caso?

Cosas a considerar para las propiedades ópticas de los nanopartículas (Zetasizer)

Primero, la cantidad de dispersión está directamente relacionada con las propiedades del material. Sin embargo, para dispersión de luz dinámica (DLS), las propiedades del material -aunque a menudo se solicitan en la configuración de un experimento- pueden ser irrelevantes. Pero si solo se requieren un tamaño promedio por intensidad y una polidispersidad promedio (PDI) por intensidad, entonces no importa qué material produjo la intensidad. Las propiedades del material entran en juego cuando la distribución del tamaño por intensidad se transforma en una distribución por volumen o número. En ese caso, debemos saber exactamente cuánta luz es dispersada por cada nanopartícula. Y para predecir eso, la teoría de Mie requiere el índice de refracción y la absorción de esa partícula.
En segundo lugar, para nanopartículas pequeñas de menos de 100nm, las propiedades del material ni siquiera importarán. Como resultado, la distribución de volumen obtenida a través de DLS no cambiará significativamente en ese caso.

¿Importa el índice de refracción para el potencial zeta?

Movilidad electroforética. Solo las propiedades del dispersante entran en efecto. Por lo tanto, en principio, no sería necesario ingresar ningún parámetro para las mediciones de potencial zeta. Sin embargo, el software requiere seleccionar un material.

Preguntas frecuentes: Entonces, ¿cuán importantes son el índice de refracción y la absorción para los nanopartículas?

En general, las propiedades ópticas del material de dispersión tienen una gran influencia en el comportamiento de dispersión observado. La teoría de Mie puede describir completamente estos fenómenos. Por lo tanto, la teoría de Mie es la mejor opción. Por ejemplo, el índice de refracción n y la absorción k del material dispersante afectan la intensidad de dispersión. Como resultado, para muchos investigadores interesados en el rango de tamaño de los nanomateriales, las propiedades ópticas del material en sí son desconocidas. ¿Qué podemos hacer en tal caso?

Cosas a considerar para las propiedades ópticas de los nanopartículas (Zetasizer)

1. Primero, la cantidad de dispersión está directamente relacionada con las propiedades del material. Sin embargo, para dispersión de luz dinámica (DLS), las propiedades del material -aunque a menudo se solicitan en la configuración de un experimento- pueden ser irrelevantes. Pero si solo se requieren un tamaño promedio por intensidad y una polidispersidad promedio (PDI) por intensidad, entonces no importa qué material produjo la intensidad. Las propiedades del material entran en juego cuando la distribución del tamaño por intensidad se transforma en una distribución por volumen o número. En ese caso, debemos saber exactamente cuánta luz es dispersada por cada nanopartícula. Y para predecir eso, la teoría de Mie requiere el índice de refracción y la absorción de esa partícula.
2. En segundo lugar, para nanopartículas pequeñas de menos de 100nm, las propiedades del material ni siquiera importarán. Como resultado, la distribución de volumen obtenida a través de DLS no cambiará significativamente en ese caso.

¿Importa el índice de refracción para el potencial zeta?

De igual forma para el potencial zeta, las propiedades del material no contribuyen al cálculo de la movilidad electroforética. Solo las propiedades del dispersante entran en efecto. Por lo tanto, en principio, no sería necesario ingresar ningún parámetro para las mediciones de potencial zeta. Sin embargo, el software requiere seleccionar un material.

¡Prueba un valor y observa el efecto!

Además de los dos puntos anteriores, puedes modelar valores de índice de refracción y ver qué sucede:

• Por ejemplo, puedes convencerte del efecto de las propiedades del material. Para aclarar cómo hacerlo, primero edita un registro de datos existente (resalta el registro, botón derecho, edita registro). Después de eso, asígnale un nuevo nombre de muestra [por ejemplo “Muestra de tungsteno con n=1.6 y abs=0.01”]. Luego puedes editar las propiedades del material [haz clic en el cuadro punteado al lado, Añadir, introduce un nombre de material y su índice de refracción y absorción asociados] y luego OK OK. Como resultado, aparecerá en tu archivo una copia de tu registro original con los nuevos parámetros de análisis. Al resaltar ambos registros [presiona la tecla Ctrl y resalta ambos], los resultados con los dos métodos diferentes ahora pueden superponerse y posteriormente compararse.
  Puedes entonces confirmar que no hay diferencia en el resultado de la distribución de intensidad (y el promedio zeta y la polidispersidad en ese caso).
  Por lo tanto, puedes observar directamente la influencia que un cambio en las propiedades del material de dispersión puede tener en la distribución de volumen.
• Además, algunas propiedades ópticas para nanomateriales pueden encontrarse a través de Google. Por ejemplo, aquí hay una lista breve de valores de índice de refracción y absorción para nanomateriales comunes más abajo. Para aclarar, esto es para un láser de Helio-Neón con λ=632nm (la longitud de onda en el Zetasizer).

Selecciona propiedades del índice de refracción de los nanopartículas

En conclusión, en la tabla a continuación enumeramos algunos materiales comunes. Algunos -sin embargo no todos- son parte de la lista de parámetros estándar del software.

Tabla de propiedades seleccionadas del material
Material de muestra	índice de refracción	absorción
Liposomas #
Fosfolípidos	n=1.45	k=0.001
Exosomas	n=1.37 – 1.39*	k=0.01
Microvesículas (> .2µm)	n=1.40*	k=0.01
Nanopartículas y Coloides
Oro [Au]	n=0.20	k=3.32
Plata [Ag]	n=0.135	k=3.99
Platino [Pt]	n=2.32	k=4.16
Paladio [Pd]	n=1.77	k=4.29
TiO2	n=2.41	k=0.001
SiO2	n=1.54	k=0.00
Emulsiones PFOB	n=1.305	k=0.10
Nanodiamantes	n=2.42	k=0.00
Macromoléculas
Proteínas	n=1.45	k=0.001
Poliestireno	n=1.59	k=0.01

^# “Caracterización óptica de liposomas por dispersión de luz a ángulo recto y turbidez” Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranas 1467, 1,  219-226 (2000)
* “Medición del índice de refracción mediante análisis de seguimiento de nanopartículas revela heterogeneidad en vesículas extracelulares” Journal of Extracellular Vesicles 2014, 3:25361 DOI: 10.3402/jev.v3.25361 (2014)
+ Además, el “Índice de refracción de polímeros amorfos” en el polymerdatabase tiene una lista relacionada relevante.

En resumen, la respuesta corta es: incluso sin los parámetros, podemos obtener información útil de los nanopartículas con DLS.

Recursos

• Lo más importante, el Intensidad – Volumen – Número – ¿Cuál tamaño es correcto? muestra las diferentes representaciones de distribución.
• ¿Qué es la teoría de Mie?: los primeros 100 años en un webinar
• Dispersión de luz dinámica – términos comunes definidos de modo que puedas entenderlos.
• En la misma línea que este post, el Manual de Referencia de Malvern: Guía de dispersión de muestras e índice de refracción (MAN0396-1-0) lista valores para la difracción.
• Además, la lista de constantes dieléctricas de solventes comunes (de UMass) es útil para el zeta.

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• ¿Cuál tamaño es correcto (intensidad-volumen-número)?
• Los 10 mejores consejos para GPC preparación de muestras
• Demostración del software OmniSEC en 3 minutos.

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