Nanopartikler påvirker deres flydende miljø:Undersøgelse præsenterer atomindsigt

Disse dage, nanopartikler, der er fint fordelt i suspensioner, bruges på mange områder - for eksempel i kosmetiske produkter, i industrielle katalysatorer, eller i kontrastmidler til medicinske undersøgelser. For første gang, et forskerhold fra University of Bayreuth har formået at præcist bestemme indbyrdes forhold mellem magnetiske nanopartikler og væsken omkring dem, endda ned til atomniveau. Det viser sig, det er hovedsageligt et spørgsmål om nano-partikelens krystallinske struktur om, hvordan vandmolekyler i deres umiddelbare nærhed justerer sig selv igen. Forskerne har præsenteret deres resultater i tidsskriftet Naturkommunikation .

På grundlag af teoretiske og eksperimentelle undersøgelser, forskersamfundet havde længe antaget, at molekylerne i en flydende gruppe selv omkring en fast nanopartikel som en skal. Inden for disse såkaldte solvationsskaller-for vandopløsninger kaldes de også hydratiseringsskaller-der kan skelnes mellem tre og fem lag, svarende til arrangementet af de flydende molekyler. Men indtil nu, kun oplysninger om antal og størrelse af disse lag var tilgængelige.

Følgelig, teamet af forskere, der arbejder med Bayreuths juniorprofessor Mirijam Zobel, kiggede nærmere på atomernes og molekylære strukturer i disse lag i en række forsøg. Til denne ende, høj-energi røntgenmålinger blev udført ved hjælp af Diamond Lightsource, en elektron -synkrotron i Storbritannien. Undersøgelserne koncentrerede sig om magnetiske nanopartikler, meget brugt i disse dage inden for biomedicin, især ved målrettet frigivelse af lægemidler, og ved magnetisk resonansbilleddannelse. Derved, forskerne opdagede, at selv afstandene, der adskiller atomerne i vandmolekylerne, der omgiver en nanopartikel, kan måles præcist. På denne måde, endelig blev det tydeligt, hvordan vandmolekyler klæber til nanopartiklen:i nogle tilfælde ved hjælp af dissociative bindinger, i andre tilfælde via molekylær adsorption.

"Det var overraskende for os, at vand i nærheden af ​​små magnetiske jernoxid -nanopartikler arrangerede sig ligesom på plane jernoxidoverflader på det makroskopiske niveau. Vi var i stand til at bevise, at den måde, hvorpå flydende molekyler arrangerer sig i nærheden af ​​en nanopartikel afhænger primært af den krystallinske struktur af nanopartiklen. de små organiske molekyler, der findes på overfladerne af nanopartikler, har ikke en direkte indflydelse på arrangementet af de flydende molekyler, "forklarer projektleder Mirijam Zobel.

"Disse er vigtige indsigter for videre forskning og dens anvendelser. Fordi disse organiske molekyler, hvormed nanopartiklerne er stabiliseret, tjene som ankerpunkter, når, i biomedicinske anvendelser, nanopartiklerne er fyldt, med antikroppe, for eksempel. Derfor til frigivelse af sådanne medicinske midler, det er af afgørende betydning for detaljeret at forstå disse molekylers indflydelse på nanopartiklernes egenskaber og adfærd, "Bayreuth Ph.D. -studerende Sabrina Thomä M.Sc. forklarer, hovedforfatter til undersøgelsen offentliggjort i Naturkommunikation . Juniorprofessor Mirijam Zobel fortsætter:"Undersøgelsen af ​​solvationsskal omkring nanopartikler har i mellemtiden etableret sig som et emne i sig selv over hele verden. Vi er overbeviste om, at den metode, vi har udviklet, som vi indsatte i den nye undersøgelse, kan bruges mere generelt. Ja, fremover vil vi være i stand til at opnå mange flere spændende indsigter i solvationsvidenskab, for eksempel inden for områderne katalysatorer og nukleation. "

For at bestemme strukturen af ​​de flydende molekyler i solvationsskaller, forskergruppen centreret omkring prof. Dr. Mirijam Zobel brugte en røntgenbaseret forskningsmetode kaldet Pair Distribution Function (PDF). Et højtydende røntgendiffraktometer, som er indstillet til at fremme brugen af ​​denne metode, der er så vigtig for nanovidenskaberne, blev for nylig installeret på Campus ved University of Bayreuth.