Med nanopore sansning, fysikforskere opdager subtile ændringer i enkelte partikler

Forskere ved Virginia Commonwealth University's Department of Physics har opdaget, at en teknik kendt som nanopore-sensing kan bruges til at opdage subtile ændringer i klynger, eller ekstremt små bidder af stof, der er større end et molekyle, men mindre end et fast stof.

"Nanoporer fungerer som ekstremt små volumensensorer, der er i størrelsesordenen nogle få nanometer fra siden, sagde Joseph Reiner, Ph.D., en lektor i eksperimentel biofysik og nanovidenskab ved College of Humanities and Sciences. "Denne størrelsesskala giver os mulighed for at observere, hvornår klyngen ændrer størrelse med et enkelt ligandmolekyle. Evnen til at detektere disse ændringer i realtid - som de sker - for en enkelt klyngepartikel er det nye og spændende her."

Opdagelsen er beskrevet i et papir, "Ligand-inducerede strukturelle ændringer af thiolat-kapslede guld nanoclusters observeret med resistiv puls nanopore-sensing, " af Reiner og fysikprofessor Massimo F. ​​Bertino, Ph.D., sammen med VCU-studerende Bobby Cox, Peter Wilkerson og Patrick Woodworth, offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

"Dette er nyt, fordi der virkelig ikke er mange måder at opdage disse ændringer på en enkelt partikel i realtid, " sagde Reiner. "Dette åbner døren til at observere alle slags interessante fænomener på nanooverflader, som er et område af stor interesse for mange kemikere inden for både anvendte og rene forskningsområder."

Forskningen kaster nyt lys over klyngernes aktivitet, som er ekstremt reaktive objekter og anses for at være interessante til katalyse, eller accelerationen af ​​en kemisk reaktion med en katalysator.

"At forstå hvordan molekyler opfører sig på en nanocluster hjælper [vores] forståelse af deres katalytiske egenskaber, " sagde Bertino. "Til dato, folk troede, at molekyler var lidt stationære på klyngeoverflader. Vores forsøg viser, at molekyler, i stedet, ændre deres konfiguration og position i et meget hurtigt tempo. Dette åbner nye perspektiver for kemien i disse ting."

Holdets resultater kan føre til spændende nye opdagelser, sagde Bertino.

"Der er flere mulige gyder, der åbner sig nu. En er at se på klyngevækst. Ingen har en god forståelse for, hvordan disse ting opstår. En anden er at hjælpe med at tune deres egenskaber, sagde han. Til dato, folk dyrker disse ting og gør dem reaktive, men det er ikke altid klart, hvordan dette sker. I det væsentlige, der kastes pile efter problemet, og man håber, at en af ​​dem stikker. Dette arbejde giver os mulighed for at se på en enkelt klynge af en veldefineret størrelse og lader os rode med den ved at variere en parameter ad gangen."

Ved at få et bedre kig på disse klynger og hvordan de opfører sig, forskerne håber at få en bedre forståelse af, hvordan katalysatorer kan forbedres til mere effektiv opdagelse og syntese af lægemidler.