Onderzoekers van het Department of Physics van de Virginia Commonwealth University hebben ontdekt dat een techniek die bekend staat als nanopore-sensing, kan worden gebruikt om subtiele veranderingen in clusters te detecteren, of extreem kleine brokken materie die groter zijn dan een molecuul maar kleiner dan een vaste stof.

"Nanoporiën fungeren als sensoren met extreem klein volume, in de orde van enkele nanometers per kant, " zei Joseph Reiner, doctoraat, een universitair hoofddocent experimentele biofysica en nanowetenschappen aan het College of Humanities and Sciences. "Deze schaalgrootte stelt ons in staat om te observeren wanneer het cluster van grootte verandert door een enkel ligandmolecuul. Het vermogen om deze veranderingen in realtime te detecteren - terwijl ze zich voordoen - met een enkel clusterdeeltje is het nieuwe en opwindende hier."

De ontdekking wordt beschreven in een paper, "Ligand-geïnduceerde structurele veranderingen van met thiolaat bedekte gouden nanoclusters waargenomen met resistieve puls Nanopore Sensing, " door Reiner en natuurkundeprofessor Massimo F. ​​Bertino, doctoraat, samen met VCU-studenten Bobby Cox, Peter Wilkerson en Patrick Woodworth, gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

"Dit is nieuw omdat er niet veel manieren zijn om deze veranderingen op een enkel deeltje in realtime te detecteren, "Zei Reiner. "Dit opent de deur om allerlei interessante fenomenen op nano-oppervlakken te observeren, dat is een gebied van groot belang voor veel chemici in zowel toegepaste als zuivere onderzoeksgebieden."

Het onderzoek werpt nieuw licht op de activiteit van clusters, die extreem reactieve objecten zijn en interessant worden geacht voor katalyse, of de versnelling van een chemische reactie door een katalysator.

"Begrijpen hoe moleculen zich gedragen op een nanocluster helpt [ons] begrip van hun katalytische eigenschappen, ' zei Bertino. 'Tot op heden, mensen dachten dat moleculen min of meer stationair waren op clusteroppervlakken. Onze experimenten tonen aan dat moleculen, in plaats daarvan, hun configuratie en positie in een zeer snel tempo veranderen. Dit opent nieuwe perspectieven voor de chemie van deze dingen."

De bevindingen van het team kunnen leiden tot spannende nieuwe ontdekkingen, zei Bertino.

"Er zijn verschillende mogelijke steegjes die nu opengaan. Een daarvan is om te kijken naar clustergroei. Niemand heeft een goed idee hoe deze dingen tot stand komen. Een andere is om hun eigenschappen te helpen afstemmen, "zei hij. "Tot op heden, mensen kweken deze dingen en maken ze reactief, maar het is niet altijd duidelijk hoe dit gebeurt. Eigenlijk, darts worden naar het probleem gegooid en men hoopt dat een van hen blijft steken. Dit werk stelt ons in staat om naar een enkele cluster van een goed gedefinieerde grootte te kijken en laat ons ermee rommelen door één parameter tegelijk te variëren."

Door beter te kijken naar deze clusters en hoe ze zich gedragen, de onderzoekers hopen een beter begrip te krijgen van hoe katalysatoren kunnen worden verbeterd voor een efficiëntere ontdekking en synthese van geneesmiddelen.