Den perfekte nanokube:Præcis styring af størrelse, form og sammensætning

(PhysOrg.com) - Med stigende interesse for at bruge nanopartikler til alt fra antibakterielle strømper til medicinsk billeddannelse til elektronisk udstyr, behovet for at forstå miljøet, sundheds- og sikkerhedsrisici ved disse partikler vokser også. Forskere ved National Institute of Standards and Technology har udviklet en enkel proces til fremstilling af nanokrystaller, der vil muliggøre undersøgelser af visse fysiske og kemiske egenskaber, der påvirker, hvordan nanopartikler interagerer med verden omkring dem.

Fordi nanopartikler opfører sig anderledes end bulkprøver af det samme materiale, nye test for at forstå, hvordan de påvirker biologiske systemer, skal udvikles. Toksikologer bestemmer farerne ved nanopartikler ved at introducere dem til et biologisk system og overvåge virkningerne, men de mangler i øjeblikket et sæt kontrolpartikler, hvis størrelse, form og sammensætning er blevet omhyggeligt fremstillet og karakteriseret.

I en nylig artikel offentliggjort i Angewandte Chemie , * NIST-forskere beskriver en et-trins proces, der giver dem mulighed for at kontrollere størrelsen, form og sammensætning af guld-kobberlegerede nanokrystaller til at skabe perfekt kantede nanokuber så små som 3,4 nanometer-kun halvdelen af ​​tykkelsen af ​​en cellevæg og i samme størrelsesområde som DNA.

Forskerne kombinerede og opvarmede guld- og kobberforstadier med andre kemikalier for at producere stærkt krystallinsk, homogen, perfekte nanokuber med rigeligt udbytte. For at studere dannelsesprocessen, de fjernede prøver efter 1 time, 1,5 time, 5 timer, og 24 timer og fandt ud af, at kun fem timer var nødvendige for at producere perfekt kubiske nanopartikler af ensartet størrelse. Ved at justere forholdet mellem kemikalierne i den originale opløsning og reaktionstiden, de var i stand til præcist at kontrollere størrelsen, form og sammensætning af nanokuberne. Denne proces er unik ved at tillade kontrol af forholdet mellem kobber og guldatomer i nanokuben til enten 3:1 eller 1:3.

"Det er en simpel proces, og efter vores bedste viden er den første til at bruge syntetisk kemi, eller 'bottom up' teknologi, at producere guldholdige nanokuber under 5 nanometer. Alt mindre end 10 nanometer har været ekstremt udfordrende på grund af guldatomernes mobile adfærd, "siger NIST -fysikeren Angela R. Hight Walker, der skrev papiret med Yonglin Liu, en gæsteforsker ved NIST.

Den NIST-udviklede proces til oprettelse af sådanne nanokuber vil give toksikologer mulighed for systematisk at ændre en af ​​nanokubernes egenskaber og observere, hvordan ændringen påvirker det biologiske respons, hvis overhovedet.

Denne syntese og de resulterende nanokuber af høj kvalitet kan have andre anvendelser inden for områder som solenergi, siger Liu. "Typisk, vi kan ikke lave store partier af prøver af høj kvalitet til test; nu kan vi. "

De perfekt kantede nanokuber er unikke fra andre nanokuber i litteraturen, siger Hight Walker. De skarpe kanter, i modsætning til afkortede eller afrundede kanter, vil muliggøre forskellige, mere reaktiv kemi, der kunne være fordelagtig i applikationer såsom katalyse - hvor nanokuberne ville blive brugt til at starte eller forstærke en kemisk reaktion.