De kan handla i guld, atomklammer och elektronvolts snarare än cement, stödbalkar och kilowattimmar, men kemister har tagit fram nya nanoskala ritningar för lågenergistrukturer som kan rymma läkemedel och syreatomer.

Under ledning av UNL:s Xiao Cheng Zeng och tidigare gästprofessor Yi Gao, ny forskning har avslöjat fyra atomarrangemang av ett guld -nanopartikelkluster. Arrangemangen uppvisar mycket lägre potentiell energi och större stabilitet än en standardinställningskonfiguration som rapporterades förra året av ett Nobelprisvinnande team från Stanford University.

Modelleringen av dessa arrangemang kan informera klusterets användning som transportör av farmaceutiska läkemedel och som en katalysator för att avlägsna föroreningar från fordonsutsläpp eller andra industriella biprodukter, Sa Zeng.

Zeng och hans kollegor presenterade arrangemangen för en molekyl med 68 guldatomer och 32 par bundna svavel-väteatomer. Sexton av guldatomerna bildar molekylens kärna; resten bindas med svavel och väte för att bilda en skyddande beläggning som härrör från kärnan.

Skillnader i atomarrangemang kan förändra molekylär energi och stabilitet, med mindre potentiell energi som skapar en stabilare molekyl. Teamet beräknar att en av arrangemangen kan representera den mest stabila möjliga strukturen i en molekyl med dess sammansättning.

"Vår grupp har hjälpt till att leda fronten kring nanoguldforskning under de senaste tio åren, "sa Zeng, en professor i kemi vid Ameritas universitet. "Vi har nu hittat nya beläggningsstrukturer med mycket lägre energi, vilket innebär att de är närmare verkligheten än (tidigare) analyser. Så dechiffrering av denna beläggningsstruktur är stora framsteg. "

Forskarna rapporterade sina fynd i den 24 april upplagan av Vetenskapliga framsteg , en onlinetidsskrift från American Association for the Advancement of Science.

Strukturen för molekylens guldkärna var tidigare detaljerad av Stanford -teamet. Bygga på detta, Zeng och hans kollegor använde ett beräkningssystem som kallades "dela-och-skydda" för att konfigurera potentiella arrangemang av de återstående guldatomerna och svavel-vätepar som omger kärnan.

Forskarna visste redan att atombeläggningen har stapelformade kopplingar av olika längder. De visste också den potentiella atomkompositionen för varje kort, medelhög och lång häftklammer - till exempel det faktum att en kort häftklammer består av två svavelatomer bundna till ett guld.

Genom att kombinera denna information med deras kunskap om hur många atomer som bor utanför kärnan, laget minskade antalet möjliga arrangemang från miljoner till bara hundratals.

"Vi delade in 32 i den korta, mellan och lång (permutationer), "sa Zeng, som hjälpte till att utveckla uppdelningen och skydda tillvägagångssättet 2008. "Vi ställde upp alla möjliga arrangemang, och sedan beräknade vi deras energier för att hitta de mest stabila.

"Utan dessa regler, det är som att hitta en nål i floden Platte. Med dem, det är som att hitta en nål i fontänen utanför Nebraska Union. Det är fortfarande svårt, men det är mycket mer hanterbart. Du har ett mycket smalare intervall. "

Forskarna använde sig av beräkningsmetoden på grund av svårigheten att fånga strukturen via röntgenkristallografi eller enpartikelöverföringselektronmikroskopi, två av de vanligaste avbildningsmetoderna i atomskala.

Att känna till nanopartikelns mest stabila konfigurationer, Zeng sa, kan låta biomedicinska ingenjörer identifiera lämpliga bindningsställen för läkemedel som används för att behandla cancer och andra sjukdomar. Resultaten kan också optimera användningen av guldnanopartiklar för att katalysera oxidationsprocessen som omvandlar farliga kolmonoxidutsläpp till mindre skadliga koldioxid, han sa.