Att se är att tro när det kommer till självmontering av nanopartiklar. Ett team av ingenjörer från University of Illinois observerar interaktionen mellan kolloidala guldnanopartiklar inuti små akvarieliknande provbehållare för att få mer kontroll över självmonteringsprocessen av konstruerade material.

Självmonterande kolloidala nanopartiklar är en av de saker som gör saker som LED-skärmar, solceller och batterier fungerar. Forskare studerar dessa nanopartiklar med stillbilder med hjälp av kraftfulla elektronmikroskop, men eftersom kolloidala nanopartiklar interagerar genom rörelser i vätskor, traditionella elektronmikroskopi-baserade observationsmetoder kan inte fånga de interaktioner som uppstår när dessa nanopartiklar självmonterar, sa Qian Chen, en professor i materialvetenskap och teknik och medförfattare till en ny studie.

"Kolloid självmonteringsprocessen har alltid varit lite av en svart låda, " sa Chen. "Partiklarna beter sig som atomer och molekyler, vilket gör att vi kan använda klassiska kemi- och fysikteorier för att modellera deras beteende. Denna nya metod, kallas vätskefastransmissionselektronmikroskopi, låter oss se exakt vad som händer."

Teamets nya metod, publiceras i Naturkommunikation , visar också att formen på nanopartiklar kan styra vilka typer av material som bildas.

"En utmaning inom nanoteknik är att övervinna vår oförmåga att kontrollera processen för konstgjord montering, " sa Chen. "Genom att arbeta med partiklar av olika former, vi kan kontrollera hur partiklarna staplas ihop, nästan som att leka med små legoleksaker. Denna typ av kontroll kommer att göra skillnad i ett material egenskaper och tillämpning."

"Vi kan följa nanopartiklarnas bana, exakt och kontinuerligt, vilket ger oss makten att kartlägga lagarna för monteringshastigheten kvantitativt, " sa postdoktor och huvudförfattare Juyeong Kim. "Särskilda former föredrar att fästa på ett sätt som liknar hur molekyler ansluter till stora polymerer, och vi kan reproducera dessa förhållanden, vilket är ett stort steg framåt i den grundläggande förståelsen och kontrollen över självmontering av nanopartiklar."

Gruppen valde att experimentera med guld av en anledning.

"Guld visar utmärkt kontrast under TEM eftersom det är ett tungt element, gör det lätt att observera, " sa doktorand och medförfattare Zihao Ou. "Det är också ett mycket stabilt och allmänt giftfritt element, vilket är fördelaktigt för tillämpningar inom människokroppen, som medicin."

"Kolloidalt guld innehåller en egenskap som gör att det kan koncentrera elektromagnetisk strålning, som ljusvågor, låter den generera värme, " sa Kim. "En möjlig tillämpning av detta är något som kallas fototermisk terapi, där vi kan injicera kolloidalt guld i en patient för att rikta cancerceller och förstöra dem med värme."

Chen föreställer sig också att TEM-metoden i vätskefas används för att studera strukturen av proteiner och mikroorganismer i människokroppen. Proteiner måste frysas eller kristalliseras för analys, vilket inte är idealiskt. Hennes grupp tittar nu på proteiner i flytande miljöer med vätskefas TEM för att se hur de självmonterar och ändrar form.