Металлические нанокластеры можно настраивать для множества применений — от катализа до биомедицины
В обзорной статье исследователи из Центра нанонаук Университета Йювяскюля (Финляндия) обсуждают уникальные свойства металлических кластеров нанометрового размера, которые делают их пригодными для различных применений в катализе, биовизуализации, сенсорике и целевой доставке лекарств.
Такое разнообразие применений возможно благодаря настраиваемой, атомарно точной структуре нанокластеров. Это позволяет модифицировать их физические и химические свойства за счёт тесной связи между вычислительным моделированием и экспериментальной характеристизацией.
Металлические нанокластеры имеют гибридную неорганическо-органическую структуру. Неорганическое металлическое ядро состоит из атомов металлов, таких как золото или серебро, или комбинации благородных и переходных металлов.
Металлическое ядро защищено слоем органических лигандных молекул, таких как тиолы, фосфины, карбены или алкинилы. Выбор металлов в неорганическом ядре определяет физические свойства кластеров, а органическая лигандная оболочка определяет их растворимость и функциональность с окружающей средой. Например, лиганды, делающие кластер растворимым в воде, можно использовать для функционализации связывания с биомолекулами, такими как отдельные пептиды или белки.
Это позволяет использовать кластеры в качестве агентов для визуализации белков или вирусов с помощью электронной микроскопии или флуоресцентной спектроскопии, в качестве точных средств доставки лекарств (когда и лекарства, и пептиды, распознающие мишень, включены в лигандный слой), или в качестве фотосенсибилизаторов в фотодинамической терапии, инициирующих фотохимические реакции для производства активных форм кислорода.
Малый размер кластеров (до нескольких сотен атомов металла) делает их удобными для высокоточного вычислительного моделирования.
«Хотя металлические кластеры исследуются десятилетиями, лишь относительно недавно внимание обратилось к их широкому потенциалу применения — от катализа до биомедицины», — говорит ведущий автор обзора, доктор Мария Франсиска Матус.
«Мы уверены, что эти особые наносистемы предложат большой, но ещё неисследованный потенциал, особенно в биомедицине, где требуется истинная атомарная точность для разработки эффективных, биосовместимых и безопасных решений в передовых нанотерапиях».
«Мы были очень рады получить приглашение написать эту всестороннюю обзорную статью для одного из лучших журналов в этой области, что также признаёт наши давние исследовательские традиции в науке о металлических нанокластерах в Йювяскюля. Мы надеемся, что этот вклад катализирует ещё более сильные глобальные исследовательские усилия в этой всё ещё довольно узкой, но быстро растущей области исследований наночастиц», — заключает старший автор статьи, профессор Ханну Хяккинен.
Результаты опубликованы в журнале Nature Reviews Materials.