Chemici van de Ruhr-Universität Bochum hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de chemische reacties van individuele zilvernanodeeltjes te observeren, die slechts een duizendste van de dikte van een mensenhaar meten, live. De deeltjes worden gebruikt in de geneeskunde, voeding en sportartikelen omdat ze een antibacteriële en ontstekingsremmende werking hebben. Echter, hoe ze reageren en degraderen in ecologische en biologische systemen is tot nu toe nauwelijks begrepen. Het team van de onderzoeksgroep voor elektrochemie en nanoschaalmaterialen toonde aan dat de nanodeeltjes onder bepaalde omstandigheden veranderen in slecht oplosbare zilverchloridedeeltjes. De groep onder leiding van Prof. Dr. Kristina Tschulik rapporteert over de resultaten in de Tijdschrift van de American Chemical Society vanaf 11 juli 2018.

Meting in een natuurlijke omgeving

Zelfs onder goed gedefinieerde laboratoriumomstandigheden, huidig ​​onderzoek heeft verschillende, soms tegenstrijdig, resultaten over de reactie van zilveren nanodeeltjes. "In elke batch nanodeeltjes, de individuele eigenschappen van de deeltjes, zoals grootte en vorm, variëren, " zegt Kristina Tschulik, lid van het Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation. "Met eerdere procedures, een groot aantal deeltjes werd over het algemeen tegelijkertijd onderzocht, wat betekent dat de effecten van deze variaties niet konden worden geregistreerd. Of de metingen vonden plaats in een hoog vacuüm, niet onder natuurlijke omstandigheden in een waterige oplossing."

Zo ontwikkelde het team onder leiding van Kristina Tschulik een methode waarmee individuele zilverdeeltjes in een natuurlijke omgeving kunnen worden onderzocht. "Ons doel is om de reactiviteit van individuele deeltjes te kunnen registreren, ", legt de onderzoeker uit. Dit vereist een combinatie van elektrochemische en spectroscopische methoden. Met optische en hyperspectrale donkerveldmicroscopie, , de groep kon individuele nanodeeltjes waarnemen als zichtbare en gekleurde pixels. Met behulp van de verandering in de kleur van de pixels, of meer precies hun spectrale informatie, de onderzoekers konden in realtime volgen wat er gebeurde in een elektrochemisch experiment.

Afbraak van de deeltjes vertraagd

In het experiment, het team repliceerde de oxidatie van zilver in aanwezigheid van chloride-ionen, die vaak plaatsvindt in ecologische en biologische systemen. "Tot nu, algemeen werd aangenomen dat de zilverdeeltjes oplossen in de vorm van zilverionen, " beschrijft Kristina Tschulik. Echter, In het experiment werd slecht oplosbaar zilverchloride gevormd - zelfs als er maar een paar chloride-ionen in de oplossing aanwezig waren.

"Dit verlengt de levensduur van de nanodeeltjes in extreme mate en hun afbraak wordt op een onverwacht drastische manier vertraagd, " vat Tschulik samen. "Dit is even belangrijk voor waterlichamen als voor levende wezens, omdat dit mechanisme ervoor kan zorgen dat het zware metaal zilver zich lokaal ophoopt, die voor veel organismen giftig kan zijn."

Verdere ontwikkeling gepland

De groep uit Bochum wil nu zijn technologie voor het analyseren van individuele nanodeeltjes verder verbeteren om de verouderingsmechanismen van dergelijke deeltjes beter te begrijpen. Zo willen de onderzoekers in de toekomst meer informatie krijgen over de biocompatibiliteit van de zilverdeeltjes en de levensduur en veroudering van katalytisch actieve nanodeeltjes.