Kemikere udfører kirurgi på nanopartikler

Et team af kemikere ledet af Carnegie Mellon Universitys Rongchao Jin har for første gang foretaget stedspecifik kirurgi på en nanopartikel. Proceduren, som muliggør præcis skræddersyning af nanopartikler, står for at fremme området nanokemi.

Den kirurgiske teknik udviklet af Qi Li, undersøgelsens hovedforfatter og en 3. års kandidatstuderende i Jin -gruppen, vil give forskere mulighed for at forbedre nanopartiklers funktionelle egenskaber, såsom katalytisk aktivitet og fotoluminescens, øge deres anvendelighed på en lang række områder, herunder sundhedspleje, elektronik og fremstilling. Resultaterne blev offentliggjort i Videnskab fremskridt .

"Nanokemi er et relativt nyt felt, den er kun omkring 20 år gammel. Vi har kappet for at indhente felter som organisk kemi, der er mere end 100 år gamle, "sagde Jin, en kemiprofessor ved Mellon College of Science. "Organiske kemikere har været i stand til at skræddersy de funktionelle grupper af molekyler i et godt stykke tid, som at skræddersy penicillin til bedre medicinske funktioner, for eksempel. Vi drømte om, at vi kunne gøre noget lignende inden for nanovidenskab. At udvikle atompræcise nanopartikler har givet os mulighed for at gøre denne drøm til virkelighed. "

For at gøre denne "nano-operation" til virkelighed, forskere skulle begynde med atompræcise nanopartikler, der kunne produceres pålideligt gang på gang. Jins laboratorium har været i spidsen for denne forskning. Arbejde med guld nanopartikler, han og hans team har udviklet metoder til præcist at kontrollere antallet af atomer i hver nanopartikel, hvilket resulterer i ensartede nanopartikler for hvert parti. Med pålideligt præcise partikler, Jin og kolleger var i stand til at identificere partiklernes strukturer, og begynde at drille ud, hvordan den struktur påvirkede partiklernes egenskaber og funktionalitet.

Med disse veldefinerede nanopartikler i hånden, Jins næste trin var at finde en måde at kirurgisk skræddersy partiklerne for at lære mere om - og forhåbentlig forbedre - deres funktionalitet.

I deres seneste undersøgelse, Jin og kolleger udførte nano-kirurgi på en guld-nanopartikel bestående af 23 guldatomer omgivet af en beskyttende overflade af ligander i hæftelignende motiver. Ved hjælp af en totrinsmetaludvekslingsmetode, de fjernede to S-Au-S hæfteklammer fra partikelens overflade. Ved at gøre dette afslørede de de strukturelle faktorer, der bestemmer partikelens optiske egenskaber og fastslog den rolle, som overfladen spiller i fotoluminescens. Væsentligt, operationen øgede partikelens fotoluminescens med cirka 10 gange. Fotoluminescens spiller en kritisk rolle i biologisk billeddannelse, kræftdiagnose og LED -teknologi, blandt andre applikationer.

Jin og kolleger forsøger nu at generalisere denne stedsspecifikke kirurgimetode til andre nanopartikler.