Forskerhold modellerer nye atomare strukturer af guldnanopartikler

De kan handle med guld, atomare hæfteklammer og elektronvolt i stedet for cement, støttebjælker og kilowatt-timer, men kemikere har udarbejdet nye nanoskala-tegninger til lavenergistrukturer, der kan rumme lægemidler og iltatomer.

Anført af UNL's Xiao Cheng Zeng og tidligere gæsteprofessor Yi Gao, ny forskning har afsløret fire atomarrangementer af en guld nanopartikelklynge. Arrangementerne udviser meget lavere potentiel energi og større stabilitet end en standardsættende konfiguration rapporteret sidste år af et nobelprisvindende hold fra Stanford University.

Modelleringen af ​​disse arrangementer kunne informere klyngens brug som transportør af farmaceutiske lægemidler og som katalysator for fjernelse af forurenende stoffer fra køretøjers emissioner eller andre industrielle biprodukter, sagde Zeng.

Zeng og hans kolleger afslørede arrangementerne for et molekyle med 68 guldatomer og 32 par bundne svovl-hydrogen-atomer. Seksten af ​​guldatomerne danner molekylets kerne; resten binder sig til svovl og brint for at danne en beskyttende belægning, der stammer fra kernen.

Forskelle i atomarrangementer kan ændre molekylær energi og stabilitet, med mindre potentiel energi, hvilket giver et mere stabilt molekyle. Holdet beregner, at et af arrangementerne kan repræsentere den mest stabile mulige struktur i et molekyle med dets sammensætning.

"Vores gruppe har været med til at lede fronten inden for nano-guldforskning gennem de sidste 10 år, " sagde Zeng, en Ameritas University professor i kemi. "Vi har nu fundet nye belægningsstrukturer med meget lavere energi, hvilket betyder, at de er tættere på virkeligheden end (tidligere) analyser. Så dechifreringen af ​​denne belægningsstruktur er et stort fremskridt."

Forskerne rapporterede deres fund i den 24. april -udgave af Videnskabens fremskridt , et online-tidsskrift fra American Association for the Advancement of Science.

Strukturen af ​​molekylets guldkerne blev tidligere beskrevet af Stanford-teamet. Bygger på dette, Zeng og hans kolleger brugte en beregningsramme kaldet "del-og-beskyt" til at konfigurere potentielle arrangementer af de resterende guldatomer og svovl-brint-par, der omgiver kernen.

Forskerne vidste allerede, at atombelægningen har hæfteformede forbindelser i forskellige længder. De kendte også den potentielle atomare sammensætning af hver kortfilm, mellemlang og lang hæfteklammer - såsom det faktum, at en kort hæfteklammer består af to svovlatomer bundet med ét guld.

Ved at kombinere denne information med deres viden om, hvor mange atomer der findes uden for kernen, holdet reducerede antallet af potentielle arrangementer fra millioner til blot hundreder.

"Vi delte 32 i de korte, mellem og lang (permutationer), " sagde Zeng, som hjalp med at udvikle opdel-og-beskyt-tilgangen i 2008. "Vi stillede alle de mulige ordninger op, og så beregnede vi deres energier for at finde de mest stabile.

"Uden disse regler, det er som at finde en nål i Platte-floden. Med dem, det er som at finde en nål i springvandet uden for Nebraska Union. Det er stadig svært, men det er meget mere overskueligt. Du har et meget snævrere område. "

Forskerne tyede til den beregningsmæssige tilgang på grund af vanskeligheden ved at fange strukturen via røntgenkrystallografi eller enkeltpartikeltransmissionselektronmikroskopi, to af de mest almindelige billeddannelsesmetoder på atomskala.

At kende nanopartiklernes mest stabile konfigurationer, Zeng sagde, kunne give biomedicinske ingeniører mulighed for at identificere passende bindingssteder for lægemidler, der bruges til at behandle kræft og andre sygdomme. Resultaterne kunne også optimere brugen af ​​guldnanopartikler til at katalysere oxidationsprocessen, der omdanner farlige kulilte-emissioner til det mindre skadelige kuldioxid, han sagde.