Написано AZoNano

19199 9009

В настоящее время наночастицы, тонко диспергированные в суспензиях, используются в нескольких областях, таких как промышленные катализаторы, косметические продукты или контрастные вещества для медицинских исследований.

Впервые группа исследователей из Университета Байройта смогла точно определить взаимосвязи магнитных наночастиц с жидкостью вокруг них, даже на атомном уровне. Это, прежде всего, вопрос о кристаллической структуре наночастиц о том, как молекулы воды в их ближнем окружении перестраиваются. Исследователи сообщили о результатах своих исследований в журнале Nature Communications .

Основываясь на теоретических и экспериментальных исследованиях, исследовательское общество давно считало, что молекулы жидкости собираются вокруг твердой наночастицы, очень похожей на оболочку. Внутри этих так называемых «сольватных оболочек», также известных как «гидратирующие» оболочки в случае водных растворов, можно различать от трех до пяти слоев, соответствующих расположению молекул жидкости. Однако на сегодняшний день была доступна только информация о количестве и размере этих слоев.

В результате исследовательская группа, работающая с младшим профессором Байройта Мириям Зобель, внимательно рассмотрела атомную и молекулярную структуру этих слоев в ряде экспериментов. По этой причине высокоэнергетические рентгеновские измерения были выполнены с использованием Diamond Lightsource, электронного синхротрона в Великобритании. Исследования были сосредоточены на магнитных наночастицах, которые в настоящее время широко используются в биомедицине, особенно для целенаправленного высвобождения лекарств, а также в магнитно-резонансной томографии.

Таким образом, ученые обнаружили, что даже расстояния, которые разделяют атомы молекул воды, окружающих наночастицу, могут быть точно измерены. Таким образом, в конечном итоге стало очевидным, как молекулы воды связываются с наночастицей: в некоторых случаях с помощью диссоциативных связей, а в других случаях с помощью молекулярной адсорбции.

Для нас было удивительным, что вода в окрестностях крошечных магнитных наночастиц оксида железа располагалась так же, как на ровных поверхностях оксида железа на макроскопическом уровне. Нам удалось доказать, что способ, которым жидкие молекулы располагаются вблизи наночастицы, зависит в первую очередь от кристаллической структуры наночастицы. Напротив, небольшие органические молекулы, обнаруженные на поверхности наночастиц, не оказывают прямого влияния на расположение молекул жидкости .

Мириджам Зобель, руководитель проекта и младший профессор Университета Байройта.

Это важные идеи для дальнейших исследований и их применения. Поскольку эти органические молекулы, с помощью которых стабилизируются наночастицы, служат опорными точками, когда в биомедицинских применениях наночастицы нагружены, например, антителами. Следовательно, для высвобождения таких лекарственных средств крайне важно детально понять влияние этих молекул на характеристики и поведение наночастиц.

Сабрина Тома, магистр, аспирант, Университет Байройта.

Тома также является ведущим автором исследования, опубликованного в Nature Communications .

Младший профессор Мириям Зобель добавил, что « Тем временем исследование сольватных оболочек вокруг наночастиц само по себе зарекомендовало себя как предмет по всему миру. Мы убеждены, что разработанный нами метод может использоваться более широко. Действительно, в будущем мы сможем достичь гораздо более захватывающего понимания «науки о сольватации», например, в области катализаторов и зародышеобразования ».

Фон

Чтобы идентифицировать структуры молекул жидкости в сольватных оболочках, исследовательская группа во главе с профессором доктором Мириям Зобелем использовала метод исследования на основе рентгеновских лучей, известный как функция распределения пар (PDF). Недавно на кампусе Университета Байройта был создан высокоэффективный рентгеновский дифрактометр, который должен улучшить использование этого метода, чрезвычайно важного для нанонаук.

Финансирование исследований

Немецкий исследовательский фонд (DFG) финансировал эту исследовательскую работу в Университете Байройта в рамках SFB 840 «От наночастиц в виде частиц до мезотехнологии».