EN

Uutta tietoa kultananopartikkelien pintarakenteista vedessä

21.1.2016

Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksen (NSC) ja Coloradon osavaltion yliopiston (CSU) tutkijat ovat yhdessä selvittäneet noin yhden nanometrin kokoisen kultapartikkelin pintaa suojaavan ligandimolekyylikerroksen rakenteen ja dynamiikan vedessä. Tutkimus on merkittävä edistysaskel tällaisten nanomateriaalien biologisten sovellusten kehittämisessä. Suomen osuus on tehty Suomen Akatemian rahoituksella. Tutkimus julkaistiin arvostetussa Nature Communications -sarjassa 21.1.2016. (1)

Nanometrien kokoisilla kultapartikkeleilla on mielenkiintoisia sovelluskohteita esimerkiksi katalyytteinä, sensoreina, lääkeaineen kuljettimina ja molekyylielektroniikan komponentteina. Partikkeleissa on kultametallista koostuva ydinosa, jonka pintaa suojaa ligandimolekyylien kerros. Ligandimolekyylit ovat tavallisimmin rikkiä ja orgaanista hiiltä sisältäviä tiolimolekyylejä, joitten rikkipää sitoutuu kemiallisesti kultaan.

Tähän asti lähes kaikki tieto partikkelien rakenteista on perustunut kiinteässä olomuodossa kiteeseen pakkautuneiden partikkelien rakenneanalyysiin röntgenkristallografian menetelmien avulla. Pintaa suojaavasta molekyylikerroksesta on kuitenkin ollut erittäin haastavaa saada tarkkaa rakenneinformaatiota. Nyt julkaistussa tutkimuksessa selvitettiin aiemmin valmistetun Au102-partikkelin ligandikerroksen rakenne ja dynamiikka vesiympäristössä käyttäen useiden eri menetelmien yhdistelmää. Kokeellinen perustieto saatiin ydinmagneettiseen resonanssiin (NMR) perustuvasta spektroskopiamenetelmästä, ja näin saatua informaatiota tulkittiin tiheysfunktionaaliteoriaan ja molekyylidynamiikkamenetelmään perustuvien simulaatioiden avulla. Au102-partikkelista on aiemmin julkaistu kiinteän olomuodon atomirakenne (2), jonka avulla lopullinen NMR-mittauksen tulkinta voitiin tehdä.

 

Kuva: Au102-nanopartikkelista vedessä mitattu NMR-spektri (vasemmalla).  Spektrissä näkyvät piikit tulevat partikkelin orgaanisen ligandikerroksen molekyylien protoneista. NMR-spektri pystyttiin tulkitseman partikkelin tunnetun kiderakenteen (oikealla) ja laskennallisten simulaatioden avulla. Kuva viitteestä 1.

Jyväskylän Nanotiedekeskuksessa tätä kultapartikkelimateriaalia on aiemmin käytetty muun muassa virusten pintarakenteiden tutkimiseen. (3,4) ”Kun tiedämme nyt tarkasti, kuinka Au102-partikellin ligandikerros käyttäytyy vedessä, voimme ymmärtää paljon paremmin sitä, miten partikkeli vuorovaikuttaa biologisen materiaalin kanssa. Tämä on iso edistysaskel tutkimuksellemme”, kuvailee tutkimusta johtanut akatemiaprofessori Hannu Häkkinen NSC:stä.

Tutkimuksessa olivat mukana Kirsi Salorinne, Sami Malola, Xi Chen ja Hannu Häkkinen Jyväskylän yliopistostasekä O. Andrea Wong, Christopher D. Rithner ja Christopher J. Ackerson Coloradon osavaltion yliopistosta.

Akatemian rahoituksen lisäksi Jyväskylän yliopisto myönsi tutkimukselle myös liikkuvuusrahoitusta tutkijanvaihdolle CSU:n kanssa. Laskennallinen tutkimus tehtiin CSC:n tarjoamilla superkoneresursseilla.

Lisätietoja antaa akatemiaprofessori Hannu Häkkinen, hannu.j.hakkinen@jyu.fi, p. 0400 247 973.

Suomen Akatemian viestintä
tiedottaja Leena Vähäkylä
p. 029 5335 139
leena.vahakyla@aka.fi

 

Viitteet 

  1. K. Salorinne, S. Malola, O.A. Wong, C.D. Rithner, X. Chen, C.J. Ackerson and H. Häkkinen, “Conformation and dynamics of the ligand shell of a water-soluble Au102 nanoparticle”, Nature Communications 7, 10401 (2016), julkaistu verkossa 21.1.2016, doi: 10.1038/ncomms10401
  2. P. Jadzinsky, G. Calero, C.J. Ackerson, D.A. Bushnell and R.D. Kornberg, ”Structure of a thiol monolayer-protected gold nanoparticle at 1.1 Å resolution“, Science 318, 430 (2007).
  3. V. Marjomäki, T. Lahtinen, M. Martikainen, J. Koivisto, S. Malola, K. Salorinne, M. Pettersson and H. Häkkinen, “Site-specific targeting of enterovirus capsid by functionalized monodisperse gold nanoclusters“, PNAS 111, 1277 (2014)
  4. Jyväskylän yliopiston kultananopartikkelitutkimuksesta kertova suomenkielinen video: http://www.nanokoulu.net/node/118 

 

 

 

 

Viimeksi muokattu 27.1.2016
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 »