Ze kunnen handelen in goud, atomaire nietjes en elektronenvolt in plaats van cement, steunbalken en kilowattuur, maar scheikundigen hebben nieuwe blauwdrukken op nanoschaal opgesteld voor energiezuinige structuren die farmaceutica en zuurstofatomen kunnen huisvesten.

Onder leiding van UNL's Xiao Cheng Zeng en voormalig gastprofessor Yi Gao, nieuw onderzoek heeft vier atomaire arrangementen van een gouden nanodeeltjescluster onthuld. De opstellingen vertonen een veel lagere potentiële energie en een grotere stabiliteit dan een standaardconfiguratie die vorig jaar werd gerapporteerd door een Nobelprijswinnend team van Stanford University.

De modellering van deze regelingen zou het gebruik van het cluster als transporteur van farmaceutische medicijnen en als katalysator voor het verwijderen van verontreinigende stoffen uit voertuigemissies of andere industriële bijproducten kunnen informeren. zei Zeng.

Zeng en zijn collega's onthulden de arrangementen voor een molecuul met 68 goudatomen en 32 paar gebonden zwavel-waterstofatomen. Zestien van de goudatomen vormen de kern van het molecuul; de rest bindt zich met de zwavel en waterstof om een ​​beschermende coating te vormen die voortkomt uit de kern.

Verschillen in atomaire rangschikkingen kunnen de moleculaire energie en stabiliteit veranderen, met minder potentiële energie, wat zorgt voor een stabieler molecuul. Het team berekent dat een van de arrangementen de meest stabiele mogelijke structuur in een molecuul met zijn samenstelling kan vertegenwoordigen.

"Onze groep heeft de afgelopen 10 jaar het voortouw genomen in onderzoek naar nanogoud, " zei Zeng, een Ameritas University hoogleraar scheikunde. "We hebben nu nieuwe coatingstructuren gevonden met veel lagere energie, wat betekent dat ze dichter bij de realiteit staan ​​dan (eerdere) analyses. Het ontcijferen van deze coatingstructuur is dus een grote vooruitgang."

De onderzoekers rapporteerden hun bevindingen in de 24 april-editie van wetenschappelijke vooruitgang , een online tijdschrift van de American Association for the Advancement of Science.

De structuur van de gouden kern van het molecuul werd eerder gedetailleerd door het Stanford-team. Hierop voortbouwend, Zeng en zijn collega's gebruikten een rekenraamwerk dat "verdeel-en-bescherm" wordt genoemd om mogelijke arrangementen van de resterende goudatomen en zwavel-waterstofparen rond de kern te configureren.

De onderzoekers wisten al dat de atomaire coating nietjesvormige verbindingen van verschillende lengtes heeft. Ze kenden ook de potentiële atomaire samenstelling van elke korte, middellange en lange stapel, zoals het feit dat een korte stapel bestaat uit twee zwavelatomen gebonden met één goud.

Door deze informatie te combineren met hun kennis van hoeveel atomen zich buiten de kern bevinden, het team bracht het aantal mogelijke regelingen terug van miljoenen tot slechts honderden.

"We hebben 32 verdeeld in de korte, midden en lang (permutaties), " zei Zeng, die in 2008 de verdeel-en-beschermaanpak heeft helpen ontwikkelen. "We hebben al die mogelijke regelingen op een rij gezet, en toen hebben we hun energie berekend om de meest stabiele te vinden.

“Zonder die regels, het is als het vinden van een naald in de Platte River. Met hen, het is als het vinden van een naald in de fontein buiten de Nebraska Union. Het is nog steeds moeilijk, maar het is veel overzichtelijker. Je hebt een veel kleiner bereik."

De onderzoekers namen hun toevlucht tot de computationele benadering vanwege de moeilijkheid om de structuur vast te leggen via röntgenkristallografie of transmissie-elektronenmicroscopie met één deeltjes, twee van de meest voorkomende beeldvormingsmethoden op atomaire schaal.

De meest stabiele configuraties van het nanodeeltje kennen, Zeng zei, zou biomedische ingenieurs in staat kunnen stellen geschikte bindingsplaatsen te identificeren voor geneesmiddelen die worden gebruikt om kanker en andere ziekten te behandelen. De bevindingen kunnen ook het gebruik van gouden nanodeeltjes optimaliseren bij het katalyseren van het oxidatieproces dat gevaarlijke koolmonoxide-emissies omzet in het minder schadelijke kooldioxide, hij zei.