Ibland är det de små sakerna i världen som kan göra en otrolig skillnad. En av dessa saker är nanopartikeln. Nanopartiklar kan vara små, men de har en mängd viktiga tillämpningar inom områden som, medicin, tillverkning, och energi. Ett team av forskare från Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) upptäckte nyligen en unik koppar-silver nanopartikelstruktur som har en kärna av ett element omgivet av en "bur" av det andra elementet. Dock, buren täcker inte vissa delar av kärnan, som mycket liknar de japanska glasfiskeflotterna som traditionellt är täckta med rep som kallas ukidama.

Denna tidigare oupptäckta ukidama-struktur kan ha egenskaper som kan hjälpa teamet i deras uppdrag för optimal nanoteknik. Resultaten har publicerats i Nanoskala .

"Ukidama är en unik struktur, vilket betyder att det sannolikt kan ge oss unika egenskaper, sade Panagiotis Grammatikopoulos, första författare och gruppledare för OIST Nanopartiklar av Design Unit. "Tanken är att nu när vi känner till den här strukturen kanske vi kan finjustera den till våra applikationer."

OIST-forskarna arbetar kontinuerligt med att skapa och designa nanopartiklar som kan användas i biomedicinsk teknik. Specifikt, teamet arbetar med att designa de optimala nanopartiklarna för teknologier som smarta gassensorer som kan skicka information om vad som händer inuti din kropp till din smarta telefon för bättre diagnoser. En annan applikation är den etikettfria biosensorn, en anordning som kan detektera kemiska ämnen utan hinder av fluorescerande eller radioaktiva märkningar. Identifieringen av ukidama-strukturen är viktig i denna strävan eftersom en ny struktur ökar möjligheterna till tekniska framsteg.

"Ju fler parametrar vi kan kontrollera desto mer flexibilitet har vi i våra applikationer och enheter, " Prof. Mukhles Sowwan, sa författare och chef för OIST:s Nanopartiklar av Design Unit. "Därför, vi måste optimera många egenskaper hos dessa nanopartiklar:storleken, kemisk sammansättning, kristallinitet, form, och struktur."

Upptäckten av ukidama-strukturen hittades genom att sputtera koppar- och silveratomer samtidigt, men självständigt, genom ett magnetronförstoftningssystem vid höga temperaturer. När atomerna började svalna förenades de till bimetalliska nanopartiklar. Under sputteringsprocessen, forskare kunde kontrollera förhållandet mellan silver och koppar, med den krafthastighet med vilken atomerna förstoftades. De fann att ukidama-strukturen var möjlig, speciellt när koppar var det dominerande elementet, eftersom silveratomer har en högre tendens att diffundera på nanopartikelytan. Från deras experimentella fynd, teamet kunde skapa simuleringar som tydligt kan visa hur ukidama-nanopartiklarna bildas.

Teamet undersöker nu om denna struktur kan återskapas i andra typer av nanopartiklar, vilket kan vara ett ännu större steg i optimeringen av nanopartiklar för biomedicinsk tillämpning och nanoteknik.

"Vi designar och optimerar nanopartiklar för biomedicinsk utrustning och nanoteknik, ", sa Sowwan. "Eftersom ukidama är en ny struktur, det kan ha egenskaper som kan användas i våra applikationer."

Medförfattare, Antony Galea, tidigare av Nanopartiklar av Design Unit, var ansvarig för den experimentella delen av denna studie och har sedan dess flyttat till OIST:s teknik- och licenssektion för att hjälpa forskning – som detta arbete som görs med nanopartiklar som kan användas i applikationer – komma in på marknaden.

"Vårt mål är att ta forskning skapad av OIST från labbet till den verkliga världen, " Sa Galea. "Detta är ett sätt som arbetet utförs på OIST, såsom av Nanopartiklar av Design Unit, kan gynna samhället."