(PhysOrg.com) -- Nieuwe systemen voor het afleveren van medicijnen, zonnepanelen, industriële katalysatoren en videodisplays behoren tot de mogelijke toepassingen van speciale deeltjes die twee chemisch verschillende kanten hebben. Deze deeltjes zijn genoemd naar de Romeinse god Janus met twee gezichten en hun dubbele chemische gezichten stellen hen in staat om nieuwe structuren en nieuwe materialen te vormen.

Echter, omdat wetenschappers de grootte van Janus-deeltjes hebben teruggebracht tot enkele nanometers in diameter - ongeveer de grootte van individuele eiwitten, die het grootste potentieel heeft voor medicamenteuze therapie - hun inspanningen zijn belemmerd omdat ze geen manier hebben gehad om de oppervlakken van de deeltjes die ze produceren nauwkeurig in kaart te brengen. Deze onzekerheid heeft het moeilijk gemaakt om de effectiviteit van deze deeltjes voor verschillende toepassingen te evalueren en om de methoden te verbeteren die onderzoekers gebruiken om ze te produceren.

Nutsvoorzieningen, een team van scheikundigen van Vanderbilt heeft dit obstakel overwonnen door de eerste methode te ontwikkelen die de chemische eigenschappen van de kleinste van deze Janus-nanodeeltjes snel en nauwkeurig in kaart kan brengen.

De resultaten, deze maand online gepubliceerd in het Duitse scheikundetijdschrift Angewandte Chemie , een groot obstakel aanpakken dat de ontwikkeling en toepassing van de kleinste Janus-nanodeeltjes heeft vertraagd.

Het feit dat Janus-deeltjes twee chemisch verschillende gezichten hebben, maakt ze potentieel waardevoller dan chemisch uniforme deeltjes. Bijvoorbeeld, het ene gezicht kan geneesmiddelmoleculen vasthouden, terwijl het andere is gecoat met linkermoleculen die aan de doelcellen binden. Dit voordeel is groter wanneer de verschillende oppervlakken netjes in halve bollen zijn gescheiden dan wanneer de twee soorten oppervlakken met elkaar vermengd zijn.

Voor grotere nanodeeltjes (met afmetingen groter dan 10 nanometer), onderzoekers kunnen bestaande methoden gebruiken, zoals scanning elektronenmicroscopie, om hun oppervlaktesamenstelling in kaart te brengen. Dit heeft onderzoekers geholpen hun productiemethoden te verbeteren, zodat ze netjes gescheiden Janus-deeltjes kunnen produceren. Echter, conventionele methoden werken niet bij afmetingen onder de 10 nanometer.

De chemici van Vanderbilt - Universitair hoofddocent David Cliffel, assistent-professor John McLean, afgestudeerde student Kellen Harkness en docent Andrzej Balinski - maakten gebruik van de mogelijkheden van een ultramodern instrument, een ionenmobiliteit-massaspectrometer (IM-MS) genaamd, die tegelijkertijd duizenden individuele deeltjes kan identificeren.

Het team bedekte de oppervlakken van gouden nanodeeltjes met een grootte van twee tot vier nanometer met twee verschillende chemische verbindingen. Daarna braken ze de nanodeeltjes op in clusters van vier goudatomen en haalden deze fragmenten door de IM-MS.

Moleculen van de twee coatings zaten nog aan de clusters vast. Dus, door het resulterende patroon te analyseren, de chemici toonden aan dat ze onderscheid konden maken tussen originele nanodeeltjes waarbij de twee oppervlakteverbindingen volledig gescheiden waren, die waarbij ze willekeurig werden gemengd en die met een gemiddelde mate van scheiding.

"Er is geen andere manier om structuur op deze schaal te analyseren, behalve röntgenkristallografie, ’ zei Cliffel, "en röntgenkristallografie is buitengewoon moeilijk en het kan maanden duren om een ​​enkele structuur te krijgen."

“IM-MS is niet zo nauwkeurig als röntgenkristallografie, maar het is uiterst praktisch, ” voegde McLean toe, die heeft geholpen bij de ontwikkeling van het nieuwe instrument. “Het kan in enkele seconden structurele informatie opleveren. Twee jaar geleden kwam er een commerciële versie beschikbaar, zodat mensen die het willen gebruiken er niet meer zelf een hoeven te bouwen.”