Ny teknik kortlægger tvillingeflade af de mindste Janus -nanopartikler

(PhysOrg.com) - Nye lægemiddelleveringssystemer, solceller, industrielle katalysatorer og videodisplays er blandt de potentielle anvendelser af specielle partikler, der har to kemisk forskellige sider. Disse partikler er opkaldt efter den to-facede romerske gud Janus og deres to kemiske ansigter giver dem mulighed for at danne nye strukturer og nye materialer.

Imidlertid, som forskere har reduceret Janus -partiklernes størrelse ned til et par nanometer i diameter - omtrent på størrelse med individuelle proteiner, som har det største potentiale for lægemiddelterapi - deres indsats er blevet hæmmet, fordi de ikke har haft en måde at præcist kortlægge overfladerne af de partikler, de producerer. Denne usikkerhed har gjort det svært at vurdere effektiviteten af ​​disse partikler til forskellige anvendelser og at forbedre de metoder, forskere bruger til at producere dem.

Nu, et team af Vanderbilt -kemikere har overvundet denne forhindring ved at udvikle den første metode, der hurtigt og præcist kan kortlægge de kemiske egenskaber for de mindste af disse Janus -nanopartikler.

Resultaterne, udgivet online i denne måned i det tyske kemitidsskrift Angewandte Chemie , adressere en stor hindring, der har bremset udviklingen og anvendelsen af ​​de mindste Janus nanopartikler.

Det faktum, at Janus -partikler har to kemisk forskellige ansigter, gør dem potentielt mere værdifulde end kemisk ensartede partikler. For eksempel, det ene ansigt kan holde på lægemiddelmolekyler, mens det andet er belagt med linkermolekyler, der binder til målcellerne. Denne fordel er større, når de forskellige overflader er rent adskilt i halvkugler, end når de to typer overflader er blandet.

For større nanopartikler (med størrelser over 10 nanometer), forskere kan bruge eksisterende metoder, såsom scanningselektronmikroskopi, at kortlægge deres overfladesammensætning. Dette har hjulpet forskere med at forbedre deres fremstillingsmetoder, så de kan producere rent adskilte Janus -partikler. Imidlertid, konventionelle metoder virker ikke i størrelser under 10 nanometer.

Vanderbilt -kemikerne - lektor David Cliffel, Lektor John McLean, kandidatstuderende Kellen Harkness og foredragsholder Andrzej Balinski-udnyttede mulighederne i et topmoderne instrument kaldet et ionmobilitetsmassespektrometer (IM-MS), der samtidigt kan identificere tusindvis af individuelle partikler.

Teamet belagde overfladerne af guld nanopartikler i størrelse fra to til fire nanometer med to forskellige kemiske forbindelser. Derefter brød de nanopartiklerne ned i klynger af fire guldatomer og løb disse fragmenter gennem IM-MS.

Molekyler fra de to belægninger var stadig fastgjort til klyngerne. Så, ved at analysere det resulterende mønster, kemikerne viste, at de kunne skelne mellem originale nanopartikler, hvor de to overfladeforbindelser var fuldstændigt adskilte, dem, hvor de blev tilfældigt blandet, og dem, der havde en mellemliggende grad af adskillelse.

"Der er ingen anden måde at analysere struktur på i denne skala undtagen røntgenkrystallografi, Sagde Cliffel, "Og røntgenkrystallografi er ekstremt vanskelig og kan tage måneder at få en enkelt struktur."

"IM-MS er ikke helt så præcis som røntgenkrystallografi, men det er yderst praktisk, ”Tilføjede McLean, der har været med til at foregå i udviklingen af ​​det nye instrument. ”Det kan give strukturelle oplysninger på få sekunder. For to år siden blev en kommerciel version tilgængelig, så folk, der ønsker at bruge den, ikke længere skal bygge en til sig selv. ”