Forskere udvikler teknik til at syntetisere vandopløselige legerede nanoclusters

I de senere år har ultrasmå metal nanoclusters åbnet for fremskridt inden for områder lige fra bioimaging og biosensing til bioterapi, takket være deres unikke molekylærlignende egenskaber.

I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Polyoxometalates , foreslog et forskerhold fra Qingdao University of Science and Technology et design til at syntetisere atomisk præcise, vandopløselige legeringsnanoclusters.

"Nyheden i denne undersøgelse er i en ny strategi for syntese af vandopløselige legering nanoclusters og et yderligere bidrag til den grundlæggende forståelse af legeringsmekanismen af ​​metal nanoclusters," sagde undersøgelsesforfatter Xun Yuan fra Qingdao University of Science and Technology.

"Det ultimative mål er at udvikle sådanne legerede nanoklynger som ny nanomedicin," sagde Yuan.

Nanoklynger er kun lavet af nogle få til snesevis af atomer, og størrelsen af ​​deres kerner er normalt under 2 nanometer (nm). Da den ultra-lille størrelse af klyngerne er tæt på Fermi-bølgelængden af ​​elektroner, bliver det kontinuerlige bånd diskontinuerligt og bliver molekylelignende med diskrete energiniveauer. Derfor udviser nanoclusterne unikke optiske og elektroniske egenskaber.

Nylige undersøgelser har vist, hvordan legerede nanoclusters - syntetiseret ved at kombinere to eller flere forskellige metaller i en monometallisk nanocluster-ramme - kan generere nye geometriske strukturer og yderligere funktionalitet. Forskere kan "tune" de fysiske og kemiske egenskaber (f.eks. optiske, katalytiske og magnetiske) af metal nanoclusters. Desuden udviser legeringsnanoklynger ofte synergistiske eller nye egenskaber, der går ud over monometalliske nanoklynger.

Øget interesse for potentielle muligheder har ansporet den seneste aktivitet til at udvikle nye metoder til at syntetisere legerede nanoclusters. Men mens korrelationerne mellem legerede nanoclusters størrelse, morfologi og sammensætning og deres fysisk-kemiske egenskaber er blevet godt demonstreret, er problemer omkring dopingprocesser og de dynamiske reaktioner ikke godt forstået, ifølge Yuan.

"Disse uløste problemer skyldes hovedsageligt de tekniske begrænsninger i karakteriseringen af ​​legeringsatomfordelingen på atomniveau, især i realtidssporing af den dynamiske heteroatombevægelse i legeringsnanopartiklerne under reaktionerne," sagde Yuan.

Derudover blev de fleste af disse metoder udnyttet til hydrofobe legeringsnanoclusters, hvilket kan udelukke syntese for vandopløselige legeringsnanoclusters. I betragtning af den brede anvendelse af vandopløselige legeringsnanoklynger inden for biomedicin og miljøbeskyttelse, er det væsentligt vigtigt at udvikle nye syntetiske strategier for vandopløselige legeringsnanoklynger på atomniveau.

Med dette mål i tankerne fandt Yuan og samarbejdspartnere ud af, at podning af sølv (Ag) ioner kunne udløse transformationen fra guld (Au)-baserede nanoklynger til legeret Au_18-x Ag_x (GSH)₁₄ nanocluster som kan transformeres yderligere til kompositionsfikseret Au₂₆ Ag(GSH)₁₇ Cl₂ nanoclusters af guld (Au) ioner - med GSH, der angiver vandopløselig glutathion. Desuden positionen af ​​det enkelte Ag-atom i Au₂₆ Ag(GSH)₁₇ Cl₂ nanoclusters kunne identificeres på overfladen.

"Vores resultater kunne opnå atom-niveau modulering af metal nanopartikler og give en platform til at producere legerede funktionelle nanomaterialer til specifikke applikationer," sagde Yuan. "Derudover kan den erhvervede legeringsmekanisme uddybe forståelsen af ​​egenskaberne og ydeevnen af ​​legerede nanomaterialer, hvilket bidrager til generering af ny viden inden for nanomaterialer, kemi og nanocluster videnskab."

I fremtidige undersøgelser vil forskerne bruge disse legerede nanoclusters til biomedicinske anvendelser.

Flere oplysninger: Shuyu Qian et al., Metalion-induceret legering og størrelsestransformation af vandopløselige metalnanoclusters, Polyoxometalater (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140049

Leveret af Tsinghua University Press