Nanowetenschap is de studie van materialen die meten op de schaal van een miljardste meter lang. Hoewel "klein" de aard van dit wetenschappelijke veld is, nanowetenschap is een enorme kracht achter moderne technologie en communicatie, met belofte op veel meer gebieden. Iedereen die een mobiele telefoon of laptop gebruikt, heeft de resultaten gezien van materiaalwetenschappers die het mysterieuze chemische gedrag op nanoschaal bestuderen.

Peng Zhang, een professor bij Dalhousie's Department of Chemistry, leidt een nanowetenschappelijk onderzoeksteam van niet-gegradueerde en afgestudeerde studenten. Deze week gepubliceerd in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie , De ontdekking van het team van Zhang over een nieuwe methodologie om structuren van nanodeeltjes te bestuderen, zal de materiaalwetenschap en biomedische gemeenschappen enthousiast maken.

Dr. Zhang en zijn promovendus Daniel Padmos onderzochten gouden en zilveren nanodeeltjes - twee zeer belangrijke materialen, vooral in de toekomst van de biogeneeskunde. Op deze maat, goud en zilver zien er heel anders uit en gedragen zich heel anders dan wanneer ze worden gebruikt om ringen en halskettingen te maken.

"Pas als ze heel klein zijn, beginnen ze nieuwe eigenschappen te vertonen, en deze eigenschappen kunnen worden gebruikt in veel verschillende biomedische toepassingen, " legt Dr. Zhang uit, hoofdauteur van de studie.

Nanogoud, bijvoorbeeld, heeft ongelooflijke optische eigenschappen waardoor het lichtenergie zeer goed kan absorberen. Momenteel alleen getest op muizen, biomedische wetenschappers hebben medicijnen ontwikkeld met nanogold om kwaadaardige tumoren aan te pakken. De nanogold trekt licht aan dat wordt uitgestraald door lasertherapieën en verwarmt de kankermassa, helpen de tumor te vernietigen. Anderzijds, nanozilver zou potentiële toepassingen kunnen hebben bij de bestrijding van bacteriële ziekten.

Vorm blootleggen

De vorm van het oppervlak van nanodeeltjes is de sleutel, omdat verschillende vormen tot verschillende eigenschappen leiden en verschillende eigenschappen tot verschillend gedrag. Om de mogelijke toepassingen van nanogoud en nanozilver op de lange termijn beter te begrijpen, wetenschappers moeten eerst veel meer weten over hun oppervlaktestructuur. Maar, materie op nanoschaal is een uitdaging om waar te nemen.

"Deze nanodeeltjes zijn erg moeilijk te bestuderen, " legt Dr. Zhang uit, erop wijzend dat gewone technieken zoals elektronenmicroscopen niet de hoeveelheid details bieden die nodig zijn om te begrijpen wat er gebeurt op het oppervlak van nanomaterialen.

"We hebben een aantal behoorlijk krachtige technieken gebruikt om deze oppervlaktestructuur voor de eerste keer bloot te leggen, " zei dr. Zhang.

Dr. Zhang, Padmos en hun medewerkers van de Northwestern University en University of California, Riverside combineerde een krachtige röntgenfoto van een synchrotronfaciliteit ter grootte van een kilometer met computermodellering op basis van dichtheidsfunctionaaltheorie. Door dit te doen, het team was in staat om het oppervlak van een nanodeeltje uitgebreid te bestuderen. In hun nanomateriaalsysteem dat voornamelijk uit goud bestaat, zilver en chloride, ze ontdekten zelfs meer over hoe chloride interageert met nanogoud en nanozilver, ze stabiel te houden.

"Het is een beetje zoals koken, " legt Dr. Zhang uit. "Je gooit er een heleboel ingrediënten in, maar je moet weten hoe ze samengaan. [Materiaalwetenschappers] weten dat chloride belangrijk is, maar we wisten niet hoe het op het oppervlak van nanogoud en nanozilver blijft. Ons team ontdekte hoe, op atomair niveau."

Een stap dichterbij

De methodologie van het Dal-onderzoeksteam kan nu worden gebruikt om andere nanomaterialen te bestuderen, het verder uitbreiden van de kennis in nanowetenschappelijk onderzoek en het ontwerpen van de bouwstenen voor baanbrekende ontdekkingen in biomedische toepassingen.

"Deze ervaring versterkt mijn interesse in dit soort onderzoek, " zei Padmos. In de toekomst, hij is van plan voort te bouwen op dit onderzoek om nieuwe functionele nanomateriaalsystemen te ontwikkelen en hun biomedische potentieel te testen.