Monitorowanie procesów w celu pobudzenia opracowywania nowych produktów
Nanocząsteczki weszły do powszechnego użytku i można je spotkać w różnych zastosowaniach, od powłok, po elektronikę, biomedycynę i energetykę. Wprawdzie w dziedzinie nanotechnologii i opracowywania nowych produktów można zaobserwować rozwój w tempie wykładniczym, to jednak technologia monitorowania procesów pozostaje w tyle. Wbudowany monitoring nanomateriałów w czasie rzeczywistym podczas produkcji nie jest obecnie możliwy, mimo licznych dostępnych narzędzi i technik charakteryzacji, umożliwiających analizy poza linią produkcyjną i w warunkach laboratoryjnych. Innowacyjny system opracowywany przez zespół naukowców w ramach finansowanego ze środków UE projektu IN-SIGHT ("In-line characterisation of nanoparticles using a combination of analytical techniques in real time") stanowi obietnicę nadrobienia tych zaległości. Platforma IN-SIGHT będzie służyć do analizowania składu chemicznego i struktury nanocząsteczek, a także ich liczby, wielkości, kształtu oraz mobilności w ramach procesu produkcyjnego, na który składa się prekursor, nanocząsteczka, umieszczenie jej w nowym preparacie oraz produkt końcowy. Platforma umożliwi także przeprowadzanie analiz poza linią produkcyjną, w trakcie produkcji oraz w czasie rzeczywistym. Naukowcy opracowali dwie różne technologie ustalania kształtu i mobilności nanocząsteczek. W pierwszej wykorzystano mikroskop optyczny z komórką przepływu mikrofluidycznego, a w drugiej technikę mikroskopowania polegającą na rozpraszaniu światła laserowego ze zautomatyzowanym systemem obsługi płynów. Do ustalenia struktury i składu nanocząsteczek w cieczach wykorzystano odpowiednio opracowane techniki spektroskopowe. Konstrukcja umożliwiła wykrycie różnych nanocząsteczek o wielkości około 5 nanometrów oraz zbadanie ich składu chemicznego, w tym stężenia domieszek (ilości innych obecnych związków) oraz stosunku rdzenia do powłoki (w przypadku związków składających się z powłoki otaczającej różne materiały rdzenia). Badacze wykorzystują metody spektroskopii ultradźwiękowej, umożliwiające obecnie zmierzenie rozkładu submikronowych cząsteczek krzemionki w wodzie w celu policzenia nanocząsteczek w zawiesinach cząsteczkowych i ustalenia ich rozmiarów. Ponadto naukowcy opracowują strukturę do analizy danych, umożliwiającą połączenie pomiarów uzyskanych ze wszystkich instrumentów w celu uzyskania optymalnego oszacowania właściwości. W ramach projektu IN-SIGHT trwają prace nad narzędziami do analiz w czasie produkcji i w czasie rzeczywistym, przeznaczonymi do przetwarzania nanocząsteczek w niedostępny jeszcze sposób. System wpłynie na podniesienie jakości, spójności i wydajności produkcji nanocząsteczek, a równocześnie umożliwi szybsze opracowanie nowych produktów i projektów. Podsumowując, zapewni przełomową pozycję na tle konkurencji zarówno producentom z UE, jak i całej gospodarce UE.
