Kemikere gør gennembrud inden for nanovidenskab

Et team af videnskabsmænd ledet af Eugenia Kumacheva fra Institut for Kemi ved University of Toronto har opdaget en måde at forudsige organiseringen af ​​nanopartikler i større former ved at behandle dem meget på samme måde som ensembler af molekyler dannet fra standard kemiske reaktioner.

"I øjeblikket, Der findes ingen model, der beskriver organiseringen af ​​nanopartikler, " siger Kumacheva. "Vores arbejde baner vejen for forudsigelsen af ​​egenskaberne ved nanopartikelensembler og for udviklingen af ​​nye designregler for sådanne strukturer."

Fokus for nanovidenskab skifter gradvist fra syntesen af ​​individuelle nanopartikler til deres organisation i større strukturer. For at bruge nanopartikelensembler i funktionelle enheder såsom hukommelseslagringsenheder eller optiske bølgeledere, det er vigtigt at opnå kontrol over deres struktur.

Ifølge forskernes observationer, selvorganisering af nanopartikler er en effektiv strategi til at producere nanostrukturer med komplekse, hierarkiske arkitekturer. "Det sidste årti har været vidne til store fremskridt inden for nanovidenskab - især nanopartikel-selvsamling - men den kvantitative forudsigelse af arkitekturen af ​​nanopartikelensembler og kinetikken i deres dannelse er fortsat en udfordring, " fortsætter hun. "Vi rapporterer om den bemærkelsesværdige lighed mellem selvsamling af metalnanopartikler og kemiske reaktioner, der fører til dannelsen af ​​polymermolekyler. Nanopartiklerne fungerer som multifunktionelle enkeltenheder, som danner reversibel, ikke-kovalente bindinger ved specifikke bindingsvinkler og organiserer sig selv i en meget ordnet polymer."

"Vi udviklede en ny tilgang, der muliggør en kvantitativ forudsigelse af arkitekturen af ​​lineær, forgrenet, og cykliske selvsamlede nanostrukturer, deres aggregeringstal og størrelsesfordeling, og dannelsen af ​​strukturelle isomerer."

Kumacheva fik følgeskab i forskningen af ​​postdoc-stipendiater Kun Liu, Nana Zhao og Wei Li, og tidligere doktorand Zhihong Nie, sammen med professor Michael Rubinstein fra University of North Carolina. Som polymerkemikere, holdet tog et utraditionelt kig på nanopartikelorganisation.

"Vi behandlede dem som molekyler, ikke partikler, som i en proces, der ligner en polymerisationsreaktion, organisere sig i polymerlignende samlinger, " siger Kumacheva. "Ved at bruge denne analogi, vi brugte teorien om polymerisation og forudsagde arkitekturen af ​​de såkaldte 'molekyler' og fandt også andre, uventede funktioner, der kan finde interessante applikationer."