Een team van wetenschappers onder leiding van Eugenia Kumacheva van de afdeling Scheikunde aan de Universiteit van Toronto heeft een manier ontdekt om de organisatie van nanodeeltjes in grotere vormen te voorspellen door ze vrijwel hetzelfde te behandelen als ensembles van moleculen die zijn gevormd uit standaard chemische reacties.

"Momenteel, er bestaat geen model dat de organisatie van nanodeeltjes beschrijft, ", zegt Kumacheva. "Ons werk effent de weg voor de voorspelling van de eigenschappen van nanodeeltjes-ensembles en voor de ontwikkeling van nieuwe ontwerpregels voor dergelijke structuren."

De focus van nanowetenschap verschuift geleidelijk van de synthese van individuele nanodeeltjes naar hun organisatie in grotere structuren. Om nanodeeltjesensembles te gebruiken in functionele apparaten zoals geheugenopslagapparaten of optische golfgeleiders, het is belangrijk om controle over hun structuur te krijgen.

Volgens de observaties van de onderzoekers, de zelforganisatie van nanodeeltjes is een efficiënte strategie voor het produceren van nanostructuren met complexe, hiërarchische architecturen. "Het afgelopen decennium is getuige geweest van grote vooruitgang in de nanowetenschap - met name de zelfassemblage van nanodeeltjes - maar de kwantitatieve voorspelling van de architectuur van nanodeeltjesensembles en van de kinetiek van hun vorming blijft een uitdaging, " vervolgt ze. "We rapporteren over de opmerkelijke overeenkomst tussen de zelfassemblage van metalen nanodeeltjes en chemische reacties die leiden tot de vorming van polymeermoleculen. De nanodeeltjes fungeren als multifunctionele afzonderlijke eenheden, die omkeerbaar zijn, niet-covalente bindingen op specifieke bindingshoeken en organiseren zichzelf in een zeer geordend polymeer."

"We hebben een nieuwe aanpak ontwikkeld die een kwantitatieve voorspelling van de architectuur van lineaire, vertakt, en cyclische zelf-geassembleerde nanostructuren, hun aggregatienummers en grootteverdeling, en de vorming van structurele isomeren."

Kumacheva werd in het onderzoek vergezeld door postdoctorale fellows Kun Liu, Nana Zhao en Wei Li, en voormalig promovendus Zhihong Nie, samen met professor Michael Rubinstein van de Universiteit van North Carolina. Als polymeerchemici, het team wierp een onconventionele blik op de organisatie van nanodeeltjes.

"We behandelden ze als moleculen, geen deeltjes, die in een proces dat lijkt op een polymerisatiereactie, organiseren zich in polymeerachtige assemblages, " zegt Kumacheva. "Als we deze analogie gebruiken, we gebruikten de theorie van polymerisatie en voorspelden de architectuur van de zogenaamde 'moleculen' en vonden ook andere, onverwachte functies die interessante toepassingen kunnen vinden."