Nauwkeurige techniek voor opmeting colloïdsystemen

Twee onderzoekers hebben een techniek ontwikkeld waarmee de ruimtelijke positie van colloïdale deeltjes in een dispersie heel nauwkeurig kan worden bepaald. Zulke deeltjes worden momenteel veel gebruikt voor het nabootsen van het gedrag van atomen en moleculen in een echte vloeistof, of van een stof met een amorfe structuur (een 'glas'). Colloïdale deeltjes zijn veel groter dan atomen en de snelheid van hun elektrostatische wisselwerking verloopt zo langzaam, dat goed kan worden gevolgd hoe de deeltjes elkaar beïnvloeden. Maar dan moeten hun posities wel nauwkeurig te meten zijn.

Het gedrag van de colloïdale deeltjes wordt gewoonlijk afgeleid uit de manier waarop zij laserlicht verstrooien. Tot voor kort was het langs deze weg echter alleen mogelijk om de posities van zulke deeltjes nauwkeurig in twee richtingen te bepalen. Hierdoor gaat veel informatie verloren over de lokale structuur van de nagebootste stof en deze informatie is juist van doorslaggevend belang om te kunnen ontdekken wat er tijdens het ontstaan van die stof op microscopische schaal gebeurt.

Alfons van Blaaderen, van het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica in Amsterdam, en Pierre Wiltzius, van AT&T Bell Laboratories in Murray Hill (VS), hebben deze techniek nu aanzienlijk verbeterd. Enerzijds maakten zij daartoe gebruik van een zogeheten confocale rastermicroscoop: een lichtmicroscoop die afbeeldingen maakt van heel nauwkeurig in te stellen vlakken door de dispersie. Anderzijds bouwden zij in de colloïdale deeltjes een fluorescerende kern in, waardoor de posities veel beter konden worden gemeten. Door de opgenomen beelden nu te digitaliseren en met een snelle computer te verwerken, kunnen nauwkeurige driedimensionale afbeeldingen van de structuur van de dispersie worden gemaakt (Science 270, p. 1177).

Als test hebben de onderzoekers met een dispersie een amorfe stof (glas) nagebootst en de met de microscoop gemeten posities van de deeltjes vergeleken met die welke waren berekend op basis van alleen de onderlinge elektrostatische krachten. De onderzoekers gebruikten silica-bolletjes met een diameter van 1 micron, waarin een fluorescerende kern van 0,4 micron diameter was ingebouwd. De resultaten van de metingen aan de 'nagebootste' stof bleken goed overeen te komen met de berekende structuur. Volgens de onderzoekers kan hun techniek nu ook worden gebruikt voor het bestuderen van andere colloïdale structuren, zoals kristallen, gels en vlokken.