Een team van chemici onder leiding van Rongchao Jin van de Carnegie Mellon University heeft voor het eerst een plaatsspecifieke operatie aan een nanodeeltje uitgevoerd. De procedure, waarmee nanodeeltjes nauwkeurig op maat kunnen worden gemaakt, staat om het gebied van nanochemie vooruit te helpen.

De chirurgische techniek ontwikkeld door Qi Li, de hoofdauteur van de studie en een derdejaarsstudent in de Jin-groep, zullen onderzoekers in staat stellen de functionele eigenschappen van nanodeeltjes te verbeteren, zoals katalytische activiteit en fotoluminescentie, het vergroten van hun bruikbaarheid op een breed scala van gebieden, waaronder gezondheidszorg, elektronica en fabricage. De bevindingen zijn gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

"Nanochemie is een relatief nieuw veld, het is pas ongeveer 20 jaar oud. We hebben geracet om gebieden als organische chemie in te halen die meer dan 100 jaar oud zijn, " zei Jin, een chemieprofessor aan het Mellon College of Science. "Organische chemici zijn al geruime tijd in staat om de functionele groepen van moleculen op maat te maken, zoals het aanpassen van penicilline voor betere medische functies, bijvoorbeeld. We droomden dat we iets soortgelijks zouden kunnen doen in de nanowetenschap. Door atomair nauwkeurige nanodeeltjes te ontwikkelen, hebben we deze droom kunnen waarmaken."

Om deze "nano-operatie" te realiseren, onderzoekers moesten beginnen met atomair nauwkeurige nanodeeltjes die keer op keer betrouwbaar konden worden geproduceerd. Het lab van Jin heeft een voortrekkersrol gespeeld bij dit onderzoek. Werken met gouden nanodeeltjes, hij en zijn team hebben methoden ontwikkeld om het aantal atomen in elk nanodeeltje nauwkeurig te regelen, wat resulteert in nanodeeltjes van uniforme grootte bij elke batch. Met betrouwbaar nauwkeurige deeltjes, Jin en collega's konden de structuren van de deeltjes identificeren, en beginnen te plagen hoe die structuur de eigenschappen en functionaliteit van de deeltjes beïnvloedde.

Met deze goed gedefinieerde nanodeeltjes in de hand, De volgende stap van Jin was om een ​​manier te vinden om de deeltjes chirurgisch aan te passen om meer te leren over - en hopelijk te verbeteren - hun functionaliteit.

In hun recente studie, Jin en collega's voerden nanochirurgie uit op een gouden nanodeeltje bestaande uit 23 goudatomen omgeven door een beschermend oppervlak van liganden in stapelachtige motieven. Met behulp van een tweestaps metaaluitwisselingsmethode, ze verwijderden twee S-Au-S-nietjes van het oppervlak van het deeltje. Daarbij onthulden ze de structurele factoren die de optische eigenschappen van het deeltje bepalen en bepaalden ze de rol die het oppervlak speelt bij fotoluminescentie. aanzienlijk, de operatie verhoogde de fotoluminescentie van het deeltje met ongeveer 10 keer. Fotoluminescentie speelt een cruciale rol in biologische beeldvorming, kankerdiagnose en LED-technologie, onder andere toepassingen.

Jin en collega's proberen deze plaatsspecifieke operatiemethode nu te generaliseren naar andere nanodeeltjes.