En innovativ enhed studerer guld nanopartikler i dybden

Kunstnere har brugt guld nanopartikler i århundreder, fordi de producerer levende farver, når sollys rammer dem. Deres unikke optiske elektronikegenskaber har sat guldnanopartikler i centrum for forskning, solceller, sensorer, kemoterapi, medicin levering, biologiske og medicinske anvendelser, og elektroniske ledere. Guldnanopartiklernes egenskaber kan justeres ved at ændre deres størrelse, form, overfladekemi osv., men det er svært at kontrollere disse aspekter.

Udgiver i Nano bogstaver , forskere ledet af Fabrizio Carbone ved EPFL har lavet en hidtil uset undersøgelse af strukturen af ​​guldnanopartikler. Arbejder med Francesco Stellaccis laboratorium (EPFL), forskerne opnåede dette ved hjælp af en enhed kaldet "small-angle time-resolved elektron diffractometer", som gjorde det muligt for dem at studere de strukturelle arrangementer af guldnanopartikler ved ultrahurtige hastigheder - kvadrilliontedele af et sekund.

Selve diffraktometeret er interessant, fordi det bruger et billigt alternativ til en meget dyr teknik:den frie elektronlaser (FEL). FEL bruger elektroner til at generere røntgenstråler, der kan "studere" molekyler ned til atomniveau - i milliardtedele af en meter. Et sådant kraftfuldt værktøj koster normalt over en milliard dollars. Men i 2010 forskere fra Holland udviklede en alternativ metode i spøg kaldet "fattigmands FEL", som ser på materialer med en elektronstråle af ultrahurtige pulser, og opnå lignende resultater.

I dette studie, forskerne udviklede en diffraktometeranordning, der bruger "fattigmands FEL" og udnytter den høje følsomhed, som elektroner har til at interagere med stof. Enheden kan studere monolag og meget tynde prøver indeholdende lette elementer, f.eks. brint og kulstof. Og når det kommer til tætte aggregater og små molekyler, det lillevinklede tidsopløste elektrondiffraktometer kan opnå den ekstreme følsomhed som en traditionel FEL, men til en brøkdel af prisen:mindre end en million dollars.

Leder efter guld

Ved at bruge denne tilgang, EPFL-forskerne var i stand til at få en film, hvor de strukturelle ændringer af guldnanopartikler udløst af lys blev fanget med atomopløsning i både tid og rum.

Disse eksperimenter viser, at ligandmolekyler knyttet til guldnanopartikler kan samle sig selv og ordne sig selv i foretrukne orienteringer, som er central for at skabe ordnede nanostrukturer. Endnu mere slående var opdagelsen af, at dette lys selv kan fremkalde sådanne ordensfænomener, leverer et unikt værktøj til at kontrollere fysikken af ​​guld nanopartikler, med stort potentiale for optoelektroniske applikationer såsom organiske fotovoltaiske (OPV) solceller mm.

Undersøgelsen giver proof-of-concept-bevis for, at det tidsopløste elektrondiffraktometer med lille vinkel muliggør systematisk undersøgelse af strukturelle egenskaber af nanosamlede materialer". Forfatterne forventer, at dette vil have væsentlig betydning for flere anvendelser, herunder signalbehandling, biologi og endda fremtidig lægemiddellevering.