Dessa bilder av elektronmikroskop visar perfektkantade nanokuber producerade i en ettstegsprocess skapad vid NIST som möjliggör noggrann kontroll av kubernas storlek, form och sammansättning. Kredit:NIST
(PhysOrg.com) -- Med ett växande intresse för att använda nanopartiklar för allt från antibakteriella strumpor till medicinsk bildbehandling till elektroniska enheter, behovet av att förstå miljön, hälso- och säkerhetsriskerna för dessa partiklar växer också. Forskare vid National Institute of Standards and Technology har utvecklat en enkel process för att producera nanokristaller som ska möjliggöra studier av vissa fysikaliska och kemiska egenskaper som påverkar hur nanopartiklar interagerar med omvärlden.
Eftersom nanopartiklar beter sig annorlunda än bulkprover av samma material, nya tester för att förstå hur de påverkar biologiska system måste utvecklas. Toxikologer bestämmer farorna med nanopartiklar genom att introducera dem till ett biologiskt system och övervaka effekterna, men de saknar för närvarande en uppsättning kontrollpartiklar vars storlek, form och sammansättning har noggrant framställts och karakteriserats.
I en nyligen publicerad tidning i Angewandte Chemie , * NIST-forskare beskriver en enstegsprocess som låter dem kontrollera storleken, form och sammansättning av guld-kopparlegerade nanokristaller för att skapa perfektkantade nanokuber så små som 3,4 nanometer – bara halva tjockleken på en cellvägg och i samma storleksintervall som DNA.
Forskarna kombinerade och uppvärmde guld- och kopparprekursorer med andra kemikalier för att producera högkristallint, homogen, perfekta nanokuber med gott utbyte. För att studera bildningsprocessen, de tog bort prover efter 1 timme, 1,5 timmar, 5 timmar, och 24 timmar och fann att bara fem timmar behövdes för att producera perfekt kubiska nanopartiklar av enhetlig storlek. Genom att justera förhållandena för kemikalierna i den ursprungliga lösningen och reaktionstiden, de kunde exakt styra storleken, form och sammansättning av nanokuberna. Denna process är unik för att möjliggöra kontroll av förhållandet mellan koppar och guldatomer i nanokuben till antingen 3:1 eller 1:3.
"Det är en enkel process, och så vitt vi vet är den första som använder syntetisk kemi, eller "bottom-up"-teknik, att producera guldhaltiga nanokuber under 5 nanometer. Allt mindre än 10 nanometer har varit extremt utmanande på grund av guldatomernas rörliga beteende, " säger NIST-fysikern Angela R. Hight Walker, som skrev tidningen med Yonglin Liu, gästforskare vid NIST.
Dessa elektronmikroskopbilder visar perfektkantade nanokuber som produceras i en ettstegsprocess skapad vid NIST som möjliggör noggrann kontroll av kubernas storlek, form och sammansättning. Kredit:NIST
Den NIST-utvecklade processen för att skapa sådana nanokuber kommer att tillåta toxikologer att systematiskt ändra en av nanokubernas egenskaper och observera hur förändringen påverkar det biologiska svaret, Om överhuvudtaget.
Denna syntes och de resulterande högkvalitativa nanokuberna kan ha andra tillämpningar inom områden som solenergi, säger Liu. "Vanligtvis, vi kan inte göra stora partier av högkvalitativa prover för testning; nu kan vi. "
De perfektkantade nanokuberna är unika från andra nanokuber i litteraturen, säger Hight Walker. De skarpa kanterna, i motsats till trunkerade eller rundade kanter, kommer att möjliggöra olika, mer reaktiv kemi som kan vara fördelaktigt i tillämpningar som katalys - där nanokuberna skulle användas för att initiera eller förstärka en kemisk reaktion.
