Karakteriserer strukturen af ​​selvsamlende organiske molekyler på overfladen af ​​nanopartikler

Et stort samarbejde ledet af forskere fra École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i Schweiz har brugt en kraftfuld ny tilgang til at overvinde den udfordrende opgave at karakterisere strukturen af ​​selvsamlende organiske molekyler på overfladen af ​​nanopartikler.

Selvmonterede monolagsbeskyttede nanopartikler bruges i stigende grad inden for elektronik, levering af medicin, katalyse- og sanseindretninger.

Sammensætningen og strukturen af ​​liganderne, der udgør skallaget, er vigtig, fordi de menes at bestemme nanopartiklernes egenskaber, såsom kemikaliet, biologisk og grænseflade adfærd.

Tuning af ligandmolekyler gør det muligt at skræddersy nanopartiklerne til specifikke applikationer.

Forskningen foretaget i samarbejde med University of Trieste, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, , Paul Scherer Institute, Jülich Center for Neutron Science, Adolphe Merkle Institute, og European Molecular Biology Laboratory er i dag blevet offentliggjort i Nature Communications.

Hovedforfatter Zhi Luo er en ph.d. -studerende i Supramolecular Nanomaterials and Interfaces Laboratory på EPFL under leder Prof Francesco Stellaci.

Kemisk deuterering ved ANSTO's National Deuteration Facility (NDF) blev for første gang kombineret med småvinklede neutronspredning (SANS) og molekylære simuleringer for at oprette tredimensionelle modeller af nanopartikler, herunder guld, sølv og kobber.

Undersøgelsen viser, at kvantitativ beskrivelse af morfologien for selvsamlingen på nanopartikler kan opnås ved hjælp af lillevinklet neutronspredning (SANS) og deutererede organiske molekyler.

Denne tilgang er i stand til at skelne meget lignende strukturer, og den anvendte metode er alsidig til nanopartikler med forskellige typer kerneelementer samt ligandkemi.

Drs Tamim Darwish og Anwen Krause-Heuer (billedet nedenfor til højre), der deutererede en række ligander til denne undersøgelse, var blandt forfatterne til papiret.

Selvom SANS var blevet brugt som en teknik til at undersøge densiteten og tykkelsen af ​​ligandskallen, det menes at være første gang, at deuteration, en yderst nyttig karakteriseringsteknik, blev kombineret med SANS for at dechiffrere den komplekse morfologi og længdeskalaer for ligander på nanopartiklerne.

Forfatterne rapporterer, at tilgangens præcision og kvalitative karakter overstiger andre metoder.

En teknik, kendt som kontrastmatchning, gør det muligt at undersøge bestemte dele af et system ved hjælp af spredte neutroner.

"Du kan gøre forskellige dele af molekylet synlige eller usynlige afhængigt af tilstedeværelsen af ​​brint eller deuterium, "sagde Darwish.

Forudgående undersøgelser ved hjælp af SANS blev foretaget på Quokka -instrumentet af hovedforfatter, Zhi Luo på Australian Center for Neutron Scattering.

Vigtigere, deuteration syntes at have minimal effekt på nanopartiklernes størrelse og sammensætning.

Mens undersøgelsen blev foretaget på guld, sølv og kobber nanopartikler, forfatterne foreslår, at det kan bruges mere generelt til at karakterisere nanopartikler med forskellige morfologier, kerneelementer og ligandkemi.

Forfatterne rapporterer, at funktioner fra ujævn, Janus til komplicerede patch-stripe-lignende strukturer kan skelnes kvantitativt med høj følsomhed, og det menes, at denne teknik kunne blive et generelt redskab i nanopartikelforskning.