Химики провели «хирургическую операцию» на наночастицах
Команда химиков под руководством Жунчао Цзиня из Университета Карнеги — Меллон впервые провела сайт-специфичную «операцию» на наночастице. Этот метод позволяет точно модифицировать наночастицы и может продвинуть вперёд область нанохимии.
Техника, разработанная ведущим автором исследования Ци Ли, позволит улучшать функциональные свойства наночастиц, такие как каталитическая активность и фотолюминесценция, расширяя их применение в здравоохранении, электронике и производстве. Результаты опубликованы в Science Advances.
«Нанохимия — относительно новая область, ей всего около 20 лет. Мы пытаемся догнать такие области, как органическая химия, которой более 100 лет», — отметил Цзинь. «Органические химии давно могут модифицировать функциональные группы молекул, например, для улучшения медицинских свойств пенициллина. Мы мечтали сделать нечто подобное в нанонауке. Создание атомарно точных наночастиц позволило нам осуществить эту мечту».
Для проведения «нанохирургии» требовались атомарно точные наночастицы, которые можно было бы стабильно воспроизводить. Лаборатория Цзиня находится на переднем крае этих исследований. Работая с золотыми наночастицами, команда разработала методы точного контроля количества атомов в каждой частице, получая каждый раз однородные по размеру наночастицы. Это позволило определить их структуру и понять, как она влияет на свойства.
Следующим шагом стала разработка метода «хирургического» изменения частиц для изучения и улучшения их функциональности.
В данном исследовании учёные провели операцию на золотой наночастице, состоящей из 23 атомов золота, окружённых защитным лигандным слоем в виде «скобок» (staples). Используя двухстадийный метод обмена металлов, они удалили две S-Au-S «скобки» с поверхности частицы. Это выявило структурные факторы, определяющие оптические свойства частицы, и установило роль поверхности в фотолюминесценции. Важно, что после операции фотолюминесценция частицы возросла примерно в 10 раз. Фотолюминесценция играет ключевую роль в биологической визуализации, диагностике рака и LED-технологиях.
Сейчас команда работает над распространением этого метода сайт-специфичной хирургии на другие наночастицы.