Forskning kaster nyt lys over strukturen af ​​guldnanopartikler i vand

Forskere ved Universitetet i Jyväskylä, Finland, og Colorado State University, USA, har for første gang nogensinde bestemt den dynamiske opførsel af ligandlaget i en vandopløselig guldnanocluster i opløsning. Gennembruddet åbner en vej mod kontrollerbare strategier til funktionalisering af ligerede nanopartikler til applikationer. Arbejdet på Jyväskylä Universitet blev støttet af Finlands Akademi. Forskningen blev offentliggjort i Naturkommunikation den 21. januar 2016.

Guldpartikler i nanometerskala er intensivt undersøgt med henblik på anvendelser som katalysatorer, sensorer, lægemiddelleveringsanordninger og biologiske kontrastmidler og som komponenter i fotonik og molekylær elektronik. De mindste partikler har metalkerner på kun 1-2 nm med et par tiere til et par hundrede guldatomer. Deres metalkerner er dækket af et stabiliserende organisk ligandlag. De molekylære formler og faststof-atomstrukturen af ​​mange af disse forbindelser, kaldet "klynger", er blevet løst i løbet af de seneste år. Stadig, det er en betydelig udfordring at forstå deres atomare struktur og dynamiske adfærd i løsningsfasen. Dette er afgørende information, der kan hjælpe forskere med at forstå, hvordan nanoclusters interagerer med miljøet.

Forskerne studerede en tidligere identificeret molekylært præcis nanocluster, der har 102 guldatomer og 44 thiolligander (Figur 1, ret). Faststofstrukturen af ​​denne klynge blev løst fra enkeltkrystal røntgendiffraktionseksperimenter i 2007. Ligandskallen har en lav symmetri og producerer et stort antal signaler i konventionel proton-NMR-måling (Figur 1, venstre). Forskerne opnåede en fuld tildeling af alle signaler til specifikke thiolligander ved at bruge en kombination af korrelerede nuklear magnetisk resonans (NMR) eksperimenter, tæthedsfunktionsteoretiske beregninger og simuleringer af molekylær dynamik.

De finske forskere ved Jyväskylä har tidligere brugt dette specifikke klyngemateriale, for eksempel, til strukturelle undersøgelser af enterovira.

"Nu hvor vi ved præcis hvilken ligand der producerer hvilket NMR-signal, vi kan fortsætte med præcise undersøgelser af, hvordan denne nanocluster interagerer med det kemiske og biologiske miljø i vandfasen. Dette giver et hidtil uset potentiale til at forstå og kontrollere de uorganisk-organiske grænseflader, der er relevante for hybride uorganisk-biologiske materialer, " siger akademiprofessor Hannu Häkkinen fra Nanoscience Center ved Jyväskylä Universitet. Häkkinen koordinerede arbejdet i det finsk-amerikanske team.