Zien is geloven als het gaat om zelfassemblage van nanodeeltjes. Een team van ingenieurs van de Universiteit van Illinois observeert de interacties van colloïdale gouden nanodeeltjes in kleine aquariumachtige monstercontainers om meer controle te krijgen over het zelfassemblageproces van technische materialen.

Zelfassemblerende colloïdale nanodeeltjes zijn een van de dingen die dingen als LED-displays maken, zonnecellen en batterijen werken. Onderzoekers bestuderen deze nanodeeltjes met stilstaande beelden met behulp van krachtige elektronenmicroscopen, maar omdat colloïdale nanodeeltjes op elkaar inwerken door bewegingen in vloeistoffen, traditionele op elektronenmicroscopie gebaseerde observatiemethoden kunnen de interacties die optreden wanneer deze nanodeeltjes zichzelf assembleren niet vastleggen, zei Qian Chen, een professor in materiaalkunde en techniek en co-auteur van een nieuwe studie.

"Het proces van zelfassemblage van colloïden is altijd een beetje een zwarte doos geweest, Chen zei. "De deeltjes gedragen zich als atomen en moleculen, waarmee we klassieke scheikunde- en natuurkundetheorieën kunnen gebruiken om hun gedrag te modelleren. Deze nieuwe methode, vloeistoffase transmissie-elektronenmicroscopie genoemd, zodat we precies kunnen zien wat er gebeurt."

De nieuwe methode van het team, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , laat ook zien dat de vorm van nanodeeltjes de gevormde soorten materialen kan beheersen.

"Een uitdaging in nanotechnologie is het overwinnen van ons onvermogen om het proces van kunstmatige assemblage te beheersen, Chen zei. Door te werken met deeltjes van verschillende vormen, we kunnen bepalen hoe de deeltjes zich opstapelen, bijna alsof je met klein Lego-speelgoed speelt. Dit soort controle zal een verschil maken in de eigenschappen en toepassing van een materiaal."

"We kunnen het traject van de nanodeeltjes volgen, nauwkeurig en continu, die ons de macht geeft om de assemblagetariefwetten kwantitatief in kaart te brengen, " zei postdoctoraal onderzoeker en hoofdauteur Juyeong Kim. "Bepaalde vormen hechten er de voorkeur aan zich te hechten op een manier die vergelijkbaar is met hoe moleculen zich verbinden tot grote polymeren, en we kunnen die voorwaarden reproduceren, dat is een enorme stap voorwaarts in het fundamentele begrip en de controle over de zelfassemblage van nanodeeltjes."

De groep koos niet voor niets om te experimenteren met goud.

"Goud vertoont een uitstekend contrast onder TEM omdat het een zwaar element is, waardoor het gemakkelijk te observeren is, " zei afgestudeerde student en co-auteur Zihao Ou. "Het is ook een zeer stabiel en over het algemeen niet-toxisch element, wat gunstig is voor toepassingen in het menselijk lichaam, als medicijnen."

"Colloïdaal goud bevat een eigenschap waardoor het elektromagnetische straling kan concentreren, als lichtgolven, waardoor het warmte kan genereren, Kim zei. "Een mogelijke toepassing hiervan is iets dat fotothermische therapie wordt genoemd, waar we colloïdaal goud in een patiënt kunnen injecteren om kankercellen te targeten en ze met hitte te vernietigen."

Chen stelt zich ook voor dat de vloeistof-fase TEM-methode wordt gebruikt om de structuur van eiwitten en micro-organismen in het menselijk lichaam te bestuderen. Eiwitten moeten worden ingevroren of gekristalliseerd voor analyse, wat niet ideaal is. Haar groep kijkt nu naar eiwitten in vloeibare omgevingen met behulp van vloeistoffase TEM om te zien hoe ze zichzelf assembleren en van vorm veranderen.