Forskare från North Carolina State University har visat att "bulkiness" hos molekyler som vanligtvis används vid skapandet av guldnanopartiklar faktiskt dikterar storleken på nanopartiklarna - med större så kallade ligander som resulterar i mindre nanopartiklar. Forskargruppen fann också att varje typ av ligand producerar nanopartiklar i en viss uppsättning diskreta storlekar.

"Detta arbete främjar vår förståelse av nanopartikelbildning, och ger oss ett nytt verktyg för att kontrollera storleken och egenskaperna hos guldnanopartiklar, " säger Dr Joseph Tracy, en biträdande professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid NC State och medförfattare till en artikel som beskriver forskningen. Guldnanopartiklar används i industriella kemiska processer, såväl som medicinska och elektroniktillämpningar.

När du skapar guld nanopartiklar, forskare använder ofta organiska molekyler som kallas ligander för att underlätta processen. Liganderna sammanför effektivt guldatomer i en lösning för att skapa nanopartiklarna. I processen, ligander i huvudsak linje upp sida vid sida och omger nanopartiklar i alla tre dimensioner.

Forskarna ville se om ligandernas skrymmande påverkade nanopartikelstorleken, och valde att bedöma tre typer av tiolligander – en familj av ligander som vanligtvis används för att syntetisera guldnanopartiklar. Specifikt, molekylerna bundna till guldnanopartiklarna är linjärt hexantiolat (-SC6), cyklohexantiolat (-SCy) och 1-adamantanetiolat (-SAd). Var och en av dessa ligander har en mer skrymmande konfiguration än den förra.

Till exempel, föreställ dig varje ligand som en bit paj, med en guldatom fäst vid den spetsiga änden. -SC6 ser ut som en väldigt smal pajskiva. -SCy är något större, och -SAd är den största av de tre – med "skorpan" änden av pajbiten mycket bredare än den spetsiga änden.

Forskarna fann att ligandernas bulkisitet bestämde storleken på nanopartiklarna. Eftersom färre -SAd- och -SCy-ligander kan radas upp bredvid varandra i tre dimensioner, färre guldatomer sammanförs i kärnan. Därför, nanopartiklarna är mindre. -SC6, den minst skrymmande av tiolaterna, kan skapa de största nanopartiklarna.

"Medan vi har visat att detta är ett effektivt sätt att kontrollera storleken i guldnanopartiklar, vi tror att det kan ha konsekvenser för andra material också, säger Peter Krommenhoek, en Ph.D. student vid NC State och huvudförfattare till uppsatsen. "Det är något vi undersöker."

Men forskarna gjorde också ett annat intressant fynd.

När särskilt små nanopartiklar bildas, de tenderar att bildas i mycket specifika storlekar, kallas diskreta storlekar. Till exempel, vissa typer av nanopartiklar kan bestå av 25 eller 28 atomer – men aldrig 26 eller 27 atomer.

I den här studien, forskarna fann att ligandernas skrymmande också förändrade de diskreta storlekarna på nanopartiklarna. "Det här är intressant, till viss del, eftersom varje diskret storlek representerar olika antal guldatomer och ligander, " Tracy säger, "vilket kan påverka nanopartikelns kemiska beteende. Den frågan har ännu inte behandlats."