FI EN

Självreglerande nanoskivor och nanobollar i guldnanokluster upptäckta av forskare

13.1.2017

Forskare vid Nanovetenskapscentret vid Jyväskylä universitet och Aalto-universitetets spetsforskningsenhet för molekylärteknik inom biosyntetiska hybridmaterial (HYBER) har tagit fram ett nytt slags självreglerande nanomaterial i form av tvådimensionella skivor och ihåliga nanobollar, vilka bildas från atomexakta guldnanokluster. Forskningsarbetet har finansierats av Finlands Akademi.

Med de nya materialen förväntar man sig att till exempel hitta tillämpningar som fjäderlätta funktionella materialkroppar, eftersom tvådimensionella nanomaterial har nya funktionella egenskaper. De nyupptäckta guldmaterialen är också intressanta för att alla byggstenar är identiska, vilket innebär att de till sin karaktär liknar organiska och biologiska självreglerande material. Forskningsrapporten har publicerats i den ledande internationella publikationsserien inom kemisk forskning, Angewandte Chemie (1).

I forskningen användes atomexakta guldnanokluster framtagna vid Jyväskylä universitets Nanovetenskapscenter och formade till en kärna av 102 guldatomer med ett skyddande hölje av 44 tiolmolekyler. Atomstrukturen i dylika kluster påvisades vid Stanford universitet år 2007 (2). I Jyväskylä har man bedrivit forskning om dessa guldnanokluster i många år och de har bland annat använts för att stämpla elektronmikroskopbilder av virus (3). Storleken på ett enskilt guldnanokluster är cirka två nanometer.

I den aktuella studien upptäcktes hos guldnanopartiklarna ett nytt slags självregleringsfenomen i en lösning av vatten och metanol. Beroende på vilken kemisk provbehandling som används bildar klustren antingen platta våningskonstruktioner på ca 500 nanometer eller tredimensionella ihåliga bollar på 200–500 nanometer (se bild). Strukturerna uppstår i en växelverkan mellan syregrupperna på klustrets yta och de genererar riktade vätebindningar mellan intilliggande kluster. Strukturerna avbildades och karaktäriserades med hjälp av elektronmikroskopi och tomografi på Aalto-universitetets mikroskopenhet.

”För närvarande känner vi redan till tiotals olika atomexakta guldnanokluster av olika storlek och det kommer att bli intressant att se vilka slags metamaterial vi kan bygga med hjälp av deras självreglering. De här strukturerna påminner också om strukturer som bildas genom biologisk självreglering, på så sätt att man med små kemiska förändringar i miljön kan bygga upp eller bryta ner dem”, säger akademiprofessor Hannu Häkkinen, som fungerat som samordnare av forskningsarbetet vid Jyväskylä universitet.

“De platta och bollformade materialen kan öppna dörren för helt nya tillämpningar där man behöver väldefinierade strukturer och exempelvis fjäderlätta ihåliga materialkroppar”, kommenterar forskardoktor Nonappa vid Aalto-universitetet.

“Våra nya resultat är intressanta också för forskningen i grundprinciperna för självreglering”, säger professor Olli Ikkala som samordnade forskningsarbetet vid Aalto-universitetet. ”Traditionellt har man tänkt att självreglering inträffar när det i processen finns tillräckligt med lika stora och likadana partiklar. I de nyupptäckta materialen är varje partikel i princip identisk. Därför kommer riktigt små skillnader i växelverkan mellan ytorna i guldklustren, såsom de eventuella vätebindningarnas mängd och riktning, att reglera uppkomsten av de strukturer som syns i ett makroskopiskt perspektiv.”

I forskningen deltog också docent Tanja Lahtinen och forskardoktor Tiia-Riikka Tero vid Jyväskylä universitet samt Johannes Haataja vid Aalto-universitetet.

Mer information

-       akademiprofessor Hannu Häkkinen, Jyväskylä universitet, tfn 0400 247 973, hannu.j.hakkinen@jyu.fi
-       forskardoktor Nonappa, Aalto-universitetet, tfn 050 593 1480, nonappa@aalto.fi
-       professor Olli Ikkala, Aalto-universitetet, tfn 050 410 0454, olli.ikkala@aalto.fi

 

Referenser:

-       Nonappa, T. Lahtinen, J.S. Haataja, T.-R. Tero, H. Häkkinen and O. Ikkala, “Template-Free Supracolloidal Self-Assembly of Atomically Precise Gold Nanoclusters: From 2D Colloidal Crystals to Spherical Capsids”, Angewandte Chemie International Edition, published online 23 November 2016, DOI: 10.1002/anie.201609036.

-       P. Jadzinsky et al., “Structure of a thiol-monolayer protected gold nanoparticle at 1.1Å resolution“, Science 318, 430 (2007).

-       V. Marjomäki et al., “Site-specific targeting of  enterovirus capsid by functionalized monodispersed gold nanoclusters“, PNAS 111, 1277 (2014).

 

BILD: Två- och tredimensionella strukturer formade av guldnanokluster. Det enskilda klustrets atomstruktur visas längst upp till vänster. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Finlands Akademi,
kommunikationen informatör Leena Vähäkylä
tfn 0295 335 139
fornamn.efternamn(at)aka.fi

Senast ändrad 13.1.2017
  • FINLANDS AKADEMI
  • Hagnäskajen 6
  • PB 131
  • 00531 Helsingfors
Följ oss:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VÄXEL 0295 335 000
REGISTRATORS-
KONTOR
0295 335 049
FAX 0295 335 299
   
E-POST fornamn.efternamn@aka.fi
ÖPPETTIDER mån–fre 8.00–16.15
   
SÖK MEDARBETARE »
KONTAKTINFORMATION & FAKTURERING»
FRÅGA OCH TYCK TILL »