Nanovetenskap är studiet av material som mäter i skalan av en miljarddels meter i längd. Även om "liten" är själva naturen hos detta vetenskapliga område, nanovetenskap är en enorm kraft bakom modern teknik och kommunikation, med löften inom många fler områden. Alla som använder en mobiltelefon eller bärbar dator har sett resultatet av materialforskare som studerar de mystiska kemiska beteendena på nanoskala.

Peng Zhang, en professor vid Dalhousies institution för kemi, leder ett forskarteam för nanovetenskap av grund- och doktorander. Publicerad denna vecka i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation , Zhangs teams upptäckt om ny metodik för att studera nanopartikelstrukturer kommer att få materialvetenskap och biomedicinska samhällen att surra av spänning.

Dr Zhang och hans doktorand Daniel Padmos undersökte guld- och silvernanopartiklar – två mycket viktiga material, särskilt i framtiden för biomedicin. I denna storlek, guld och silver ser ut och beter sig mycket annorlunda än de gör när de är vana att göra ringar och halsband.

"Först när de är väldigt små börjar de visa nya egenskaper, och dessa egenskaper kan användas i många olika biomedicinska tillämpningar, " förklarar Dr Zhang, huvudförfattare till studien.

Nanogold, till exempel, har otroliga optiska egenskaper som gör att den absorberar ljusenergi väldigt bra. För närvarande endast testat på möss, biomedicinska forskare har utvecklat läkemedel med nanogold för att rikta in sig på maligna tumörer. Nanoguldet drar till sig ljus som sänds ut från laserterapier och värmer upp cancermassan, hjälper till att förstöra tumören. Å andra sidan, nanosilver kan ha potentiella tillämpningar för att bekämpa bakteriella sjukdomar.

Avtäckande form

Formen på ytan av nanopartiklar är nyckeln, eftersom olika former leder till olika egenskaper och olika egenskaper leder till olika beteenden. För att bättre förstå de potentiella tillämpningarna av nanogold och nanosilver på lång sikt, forskare måste först veta mycket mer om deras ytstruktur. Men, materia på nanoskala är utmanande att observera.

"Dessa nanopartiklar är mycket svåra att studera, " förklarar Dr Zhang, påpekar att vanliga tekniker som elektronmikroskop inte ger den mängd detaljer som krävs för att förstå vad som händer på ytan av nanomaterial.

"Vi använde några ganska kraftfulla tekniker för att avslöja denna ytstruktur för första gången, " sa Dr Zhang.

Dr Zhang, Padmos och deras medarbetare från Northwestern University och University of California, Riverside kombinerade en kraftfull röntgen från en milstor synkrotronanläggning med datormodellering baserad på densitetsfunktionsteori. Genom att göra det här, teamet kunde heltäckande studera ytan på en nanopartikel. I deras nanomaterialsystem som huvudsakligen består av guld, silver och klorid, de upptäckte till och med mer om hur klorid interagerar med nanogold och nanosilver, hålla dem stabila.

"Det är lite som att laga mat, " förklarar Dr Zhang. "Du slänger i en massa ingredienser, men du måste veta hur de går ihop. [Materialforskare] vet att klorid är viktigt, men vi visste inte hur det stannar på ytan av nanogold och nanosilver. Vårt team fick reda på hur, på atomnivå."

Ett steg närmare

Dalforskargruppens metodik kan nu användas för att studera andra nanomaterial, ytterligare utöka kunskapen inom nanovetenskaplig forskning och designa byggstenarna för banbrytande upptäckter inom biomedicinska tillämpningar.

"Denna erfarenhet väcker mitt intresse för den här typen av forskning, " sa Padmos. I framtiden, han planerar att bygga vidare på denna forskning för att utveckla nya funktionella nanomaterialsystem och testa deras biomedicinska potential.