Enkelt nanopartikel kortlægning baner vejen for bedre nanoteknologi

Forskere ved Chalmers University of Technology og Danmarks Tekniske Universitet har udviklet en metode, der gør det muligt at kortlægge nanopartiklers individuelle reaktioner i forskellige situationer og kontekster. Resultaterne baner vejen for bedre nanomaterialer og sikrere nanoteknologi og blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

I fremtiden vil næsten al ny teknologi være baseret på nanoteknologi i en eller anden form. Men nanopartikler er temperamentsfulde personligheder. Selv når de ser ens ud på afstand, de er stædigt individuelle, når du zoomer ind på hver enkelt.

Svetlana Alekseeva og Christoph Langhammer ved Chalmers Tekniske Universitet i Sverige, sammen med forskere ved Danmarks Tekniske Universitet, har opdaget, hvorfor forskellige polykrystallinske nanopartikler opfører sig så tydeligt, når de kommer i kontakt med brint. Denne viden er afgørende for at udvikle bedre brintdetektorer, som forventes at spille en vigtig rolle for brintbilers sikkerhed.

"Vores eksperimenter viste tydeligt, hvordan reaktionen med brint afhænger af de særlige forhold ved den måde, hvorpå nanopartiklerne er opbygget. Det var overraskende at se, hvor stærk sammenhængen var mellem egenskaber og respons – og hvor godt det kunne forudsiges teoretisk, og hvor meget det var, og hvordan det var med brint." "siger Svetlana Alekseeva, en postdoc ved Institut for Fysik ved Chalmers University of Technology.

En nanopartikel af et bestemt materiale består af et antal mindre korn eller krystaller. Antallet af korn og hvordan de er arrangeret er derfor afgørende for, hvordan partiklen reagerer i en bestemt situation eller med et bestemt stof.

Alekseeva og hendes samarbejdspartnere har produceret kort - faktisk virtuelle portrætter - af individuelle palladium-nanopartikler. Billederne viser kornene som et antal marker, der er samlet til et kort. Nogle partikler består af et stort antal korn, andre har færre korn, og markerne grænser op til hinanden på forskellige måder.

Denne nye metode til karakterisering af nanopartikler er baseret på en kombination af elektronmikroskopi og optisk mikroskopi. De samme personer undersøges med begge metoder, og det er muligt at overvåge deres respons, når de støder på andre stoffer. Dette gør det derfor muligt at kortlægge nanopartiklernes grundlæggende materialeegenskaber på individuelt niveau, og se, hvordan disse korrelerer med partiklernes reaktion, når de interagerer med deres miljø.

Som følge heraf åbnes der en næsten uendelig række af muligheder for yderligere forskning og for udvikling af produkter og nanomaterialer, som både er teknisk optimerede og sikrere ud fra et miljø- og sundhedsmæssigt perspektiv.

De nanopartikler, der er blevet undersøgt, fungerer også som sensorer i sig selv. Når de er oplyst, de afslører, hvordan de reagerer med andre stoffer, såsom forskellige gasser eller væsker. Langhammers forskerhold arbejder i øjeblikket på flere projekter på dette område, herunder nogle vedrørende brintdetektion.

Men viden om nanopartikler er nødvendig på en række forskellige områder i samfundet. Disse omfatter, for eksempel, i nye elektroniske enheder, batterier, brændstofceller, katalysatorer, tekstiler og inden for kemiteknik og bioteknologi. Der er stadig meget, vi ikke ved om, hvordan disse små partikler fungerer eller vil komme til at påvirke os og miljøet på længere sigt.

"Nanoteknologi udvikler sig hurtigt i verden, men indtil videre foregår forskningen i nanosikkerhed ikke i samme tempo. Vi er derfor nødt til at få et meget bedre kendskab til risiciene, og hvad der adskiller en farlig nanopartikel fra en ikke-farlig, siger Christoph Langhammer, lektor ved Institut for Fysik, på Chalmers.

"Vores arbejde indikerer, at ikke alt er, hvad det ser ud til - det er detaljerne, der er afgørende. For at forstå, om og hvorfor nanopartikler er farlige for mennesker, dyr eller natur, vi skal også se på dem individuelt. Vores nye metode giver os nu mulighed for at gøre dette."