Een onderzoeksteam van de Northwestern University heeft als eerste op video vastgelegd dat organische nanodeeltjes botsen en samensmelten. Deze ongekende kijk op "chemie in beweging" zal Noordwest-nanowetenschappers helpen bij het ontwikkelen van nieuwe methoden voor het toedienen van medicijnen en om aan onderzoekers over de hele wereld te laten zien hoe een opkomende beeldvormingstechniek een nieuw venster opent op een heel kleine wereld.

Dit is een zeldzaam voorbeeld van bewegende deeltjes. De dynamiek doet denken aan twee bubbels die samenkomen en samensmelten tot één:eerst komen ze samen en hebben ze een membraan ertussen, maar dan smelten ze samen en worden ze één grotere bel.

"Ik had een beeld in mijn hoofd, maar de eerste keer dat ik deze versmeltende nanodeeltjes in zwart-wit zag, was geweldig, " zei professor Nathan C. Gianneschi, die de interdisciplinaire studie leidde en werkt op het snijvlak van nanotechnologie en biogeneeskunde.

"Naar mij, het is letterlijk een venster dat zich opent naar deze wereld waarvan je altijd wist dat die er was, maar nu heb je er eindelijk een beeld van. Ik vergelijk het met de eerste keer dat ik de manen van Jupiter door een telescoop zag. Niets is te vergelijken met daadwerkelijk zien, " hij zei.

Gianneschi is de Jacob en Rosaline Cohn-hoogleraar in de afdeling scheikunde van het Weinberg College of Arts and Sciences en in de afdelingen materiaalkunde en engineering en biomedische technologie van de McCormick School of Engineering.

De studie, waaronder video's van verschillende fusiegebeurtenissen van nanodeeltjes, wordt op 17 november gepubliceerd door de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Het onderzoeksteam gebruikte vloeistofceltransmissie-elektronenmicroscopie om direct in beeld te brengen hoe op polymeren gebaseerde nanodeeltjes, of micellen, dat het laboratorium van Gianneschi zich ontwikkelt voor de behandeling van kanker en hartaanvallen, verandert in de loop van de tijd. De krachtige nieuwe techniek stelde de wetenschappers in staat om de transformatie van de deeltjes direct te observeren en hun dynamiek te karakteriseren.

"We kunnen op moleculair niveau zien hoe de polymere materie zich herschikt wanneer de deeltjes samensmelten tot één object, " zei Lucas R. Ouder, eerste auteur van het artikel en een National Institutes of Health Postdoctoral Fellow in de onderzoeksgroep van Gianneschi. "Dit is de eerste studie van vele die nog zullen volgen waarin onderzoekers deze methode zullen gebruiken om allerlei dynamische fenomenen in organische materiaalsystemen op nanoschaal te bekijken."

In de Noordwest-studie organische deeltjes in water stuiteren op elkaar, en sommigen botsen en versmelten, een fysieke transformatie ondergaan. De onderzoekers leggen de actie vast door een elektronenstraal door het monster te laten schijnen. De minuscule deeltjes - de grootste hebben een diameter van slechts ongeveer 200 nanometer - werpen schaduwen die direct door een camera eronder worden vastgelegd.

"We hebben klassiek fusiegedrag op nanoschaal waargenomen, " zei Gianneschi, een lid van Northwestern's International Institute for Nanotechnology. "Het vastleggen van de fundamentele groei- en evolutieprocessen van deze deeltjes in beweging zal ons enorm helpen bij ons werk met synthetische materialen en hun interacties met biologische systemen."

Het artikel is getiteld "Directe waarneming van micelfusie en groei in oplossing door vloeistofceltransmissie-elektronenmicroscopie."