EN

Kultapartikkelin spektroskooppinen sormenjälki tunnistettu

25.02.11

 

Atomaarinen malli Au102(p-MBA)44 -partikkelin atomirakenteelle. Kulta: keltainen, rikki: oranssi, hiili, vihreä, happi:punainen ja vety:valkea.

Jyväskylän yliopiston ja Nanotiedekeskuksen NSC:n tutkijat ovat mitanneet kultananopartikkelin Au102(p-MBA)44 kykyä absorboida sähkömagneettista
säteilyä. Tutkijat ovat pystyneet vahvistamaan aikaisemmin julkaisemansa teoreettisen ennustuksen, jonka mukaan kultapartikkeli on kuin jättiläismäinen molekyyli. Tutkimus on Suomen Akatemian rahoittama.

Tutkimus tehtiin yhteistyössä nobelisti Roger Kornbergin ryhmän kanssa ja se julkaistiin kemian alan johtavassa sarjassa Journal of the Americal Chemical Society 24.2.2011 [1]. Mittaukset tehtiin laajalla sähkömagneettisen spektrin alueella infrapunasta (“lämpösäteily”) ultraviolettialueelle saakka.

”Nyt dokumentoimamme puhtaan Au102(p-MBA)44 -partikkelinäytteen spektroskooppinen sormenjälki on erityisen hyödyllinen jatkossa, kun tutkimme partikkelin orgaanisen pinnan funktionalisointia erilaisia sovelluksia varten”, kertoo hankkeen johtaja, professori Hannu Häkkinen.

Dosentti Mika Pettersson NSC:stä kertoo, että mittaukset olivat teknisesti haastavia ja ne voitiin tehdä vasta nyt, kun Kornbergin ryhmä Stanfordin yliopistossa oli kehittänyt Au102(p-MBA)44 -partikkelin synteesiä siten, että puhdasta tuotetta saatiin riittävä määrä mittauksia varten.

Nanometrin kokoluokkaa olevilla kultapartikkeleilla on sovelluksia katalyytteinä, optisen signaalin herkistäjinä, fotoniikassa, bioleimoina, lääkeaineiden kuljettajina ja molekyylielektroniikan komponentteina. Kemiallisesti suojattuja partikkeleita valmistetaan kultasuolasta liuoksessa, joka sisältää partikkelin pinnalle kiinnittyviä stabiloivia orgaanisia ligandimolekyylejä. Erityisen stabiileja partikkeleja voidaan valmistaa käyttämällä rikkiä sisältäviä tioleja, koska tiolin rikkipää muodostaa vahvan kemiallisen sidoksen kultaan. Tioleilla stabiloitujen kultapartikkelien synteesi on ollut tunnettua jo 1990-puolivälistä lähtien ja synteesin tiedetään tuottavan useita erikokoisia stabiileja partikkeleja kokoluokassa 1-3 nanometriä. 

Partikkelien yksityiskohtaiset atomirakenteet säilyivät mysteerinä vuoteen 2007 saakka, jolloin kemian Nobelin vuonna 2006 saaneen Roger Kornbergin ryhmä Stanfordin yliopistossa onnistui valmistamaan puhtaan yksittäiskiteen vain yhtä kokoa olevasta partikkelista, ja partikkelin atomirakenne voitiin ratkaista röntgendiffraktion avulla. Partikkelista löydettiin 102 kulta-atomia ja 44 ligandia (Au102(p-MBA)44 , p-MBA = para-merkaptobentsoehappo, SC6H4COOH), ja atomirakenne julkaistiin Science-lehden kansikuvana lokakuussa 2007. [2]

Jyväskylän yliopiston professori Hannu Häkkinen johti laajaa kansainvälistä tutkijajoukkoa, joka selvitti tämän partikkelin elektronirakenteen ja sen stabiilisuuteen vaikuttavat syyt. Tutkimus julkaistiin vuonna 2008 arvostetussa julkaisusarjassa Proceedings of the National Academy of Sciences (USA). [3]

Tutkimusryhmän muut jäsenet Jyväskylän yliopistossa olivat Eero Hulkko, Jaakko Koivisto ja Olga Lopez-Acevedo. Yael Levi-Kalisman Roger Kornbergin ryhmästä valmisti Au102(p-MBA)44 -partikkelit Stanfordin yliopistossa. Kultapartikkelien teoreettinen mallintaminen tehtiin CSC:n Louhi-supertietokoneella Espoossa. Suurimmissa laskuissa käytettiin 2048 prosessoriydintä.

Viitteet artikkeleihin:

  1. E. Hulkko, O. Lopez-Acevedo, J. Koivisto, Y. Levi-Kalisman, R.D. Kornberg, M. Pettersson and H. Häkkinen, "Electronic and vibrational signatures of the Au102(p-MBA)44 cluster", J. Am. Chem. Soc., online Communication February 24, 2011 : (http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja111077e)
  2. P.D. Jadzinsky, G. Calero, C.J. Ackerson, D.A. Bushnell and R.D. Kornberg, “Structure of a thiol monolayer-protected gold nanoparticle at 1.1. Ångstrom resolution”, Science 318, 430 (2007) (http://www.sciencemag.org/content/318/5849/430.abstract).
  3. M. Walter, J. Akola, O. Lopez-Acevedo, P. D. Jadzinsky, G. Calero, C. J. Ackerson, R. L. Whetten, H. Grönbeck, H. Häkkinen, "A unified view of ligand-protected gold clusters as superatom complexes ", Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 105, 9157 (2008) (http://www.pnas.org/content/105/27/9157). http://gtresearchnews.gatech.edu/newsrelease/gold-nanoclusters.htm

 

Lisätietoja antaa professori Hannu Häkkinen, Jyväskylän yliopisto, p.  0400 247 973, hannu.j.hakkinen (at) jyu.fi 

Suomen Akatemian viestintä
tiedottaja Leena Vähäkylä
p. (09) 7748 8327
etunimi.sukunimi (at) aka.fi

 

 

 

Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »