Små akvarier viser selvmontering af nanopartikler

At se er at tro, når det kommer til selvsamling af nanopartikler. Et team af ingeniører fra University of Illinois observerer interaktionen mellem kolloide guldnanopartikler inde i bittesmå akvarielignende prøvebeholdere for at få mere kontrol over selvsamlingsprocessen af ​​konstruerede materialer.

Selvsamlende kolloide nanopartikler er en af ​​de ting, der gør ting som LED-skærme, solceller og batterier virker. Forskere studerer disse nanopartikler med stillbilleder ved hjælp af kraftfulde elektronmikroskoper, men fordi kolloide nanopartikler interagerer gennem bevægelser i væsker, traditionelle elektronmikroskopi-baserede observationsmetoder kan ikke fange de interaktioner, der opstår, når disse nanopartikler samler sig selv, sagde Qian Chen, en professor i materialevidenskab og teknik og medforfatter til en ny undersøgelse.

"Den kolloide selvsamlingsproces har altid været lidt af en sort boks, "Sagde Chen." Partiklerne opfører sig som atomer og molekyler, som giver os mulighed for at bruge klassiske kemi- og fysikteorier til at modellere deres adfærd. Denne nye metode, kaldet væskefase-transmissionselektronmikroskopi, giver os mulighed for at se præcis, hvad der sker."

Holdets nye metode, udgivet i Naturkommunikation , viser også, at formen af ​​nanopartikler kan styre de typer materialer, der dannes.

"En udfordring inden for nanoteknologi er at erobre vores manglende evne til at kontrollere processen med kunstig samling, " sagde Chen. "Ved at arbejde med partikler af forskellige former, vi kan kontrollere, hvordan partiklerne stables sammen, næsten som at lege med lille legos legetøj. Denne type kontrol vil gøre en forskel i et materiales egenskaber og anvendelse."

"Vi kan følge nanopartiklernes bane, præcist og kontinuerligt, hvilket giver os magten til at kortlægge lovene for samlingssats kvantitativt, " sagde postdoc-forsker og hovedforfatter Juyeong Kim. "Bestemte former foretrækker at vedhæfte sig på en måde, der ligner hvordan molekyler forbindes til store polymerer, og vi kan gengive disse betingelser, hvilket er et stort skridt fremad i den grundlæggende forståelse og kontrollen over selvsamling af nanopartikler."

Gruppen valgte at eksperimentere med guld af en grund.

"Guld viser fremragende kontrast under TEM, fordi det er et tungt element, gør det nemt at observere, " sagde kandidatstuderende og medforfatter Zihao Ou. "Det er også et meget stabilt og generelt ikke-giftigt element, som er gavnlig for anvendelser i den menneskelige krop, som medicin. "

"Kolloidalt guld indeholder en egenskab, der gør det muligt at koncentrere elektromagnetisk stråling, som lysbølger, lader det generere varme, " sagde Kim. "En mulig anvendelse af dette er noget, der kaldes fototermisk terapi, hvor vi kan injicere kolloidt guld i en patient for at målrette kræftceller og ødelægge dem med varme."

Chen forestiller sig også, at væskefase-TEM-metoden bliver brugt til at studere strukturen af ​​proteiner og mikroorganismer i den menneskelige krop. Proteiner skal fryses eller krystalliseres til analyse, hvilket ikke er ideelt. Hendes gruppe ser nu på proteiner i flydende miljøer ved hjælp af TEM i flydende fase for at se, hvordan de samler sig selv og ændrer deres form.