Ett stort samarbete som leds av forskare från École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i Schweiz har använt ett kraftfullt nytt tillvägagångssätt för att övervinna den utmanande uppgiften att karakterisera strukturen för självmonterade organiska molekyler på ytan av nanopartiklar.

Självmonterade monoskiktskyddade nanopartiklar används alltmer inom elektronik, drogleverans, katalys- och avkänningsanordningar.

Sammansättningen och strukturen för liganderna som utgör skalskiktet är viktig eftersom de anses bestämma egenskaperna hos nanopartiklarna, som kemikalien, biologiskt och gränssnittsbeteende.

Tuning av ligandmolekyler gör att nanopartiklarna kan skräddarsys för specifika tillämpningar.

Forskningen genomförs i samarbete med University of Trieste, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, , Paul Scherer Institute, Jülich Center for Neutron Science, Adolphe Merkle Institute, och European Molecular Biology Laboratory har publicerats idag i Nature Communications.

Huvudförfattare Zhi Luo är doktorand i Supramolecular Nanomaterials and Interfaces Laboratory vid EPFL under chef Prof Francesco Stellaci.

Kemisk deuterering vid ANSTO:s National Deuteration Facility (NDF) kombinerades för första gången med liten vinkelneutronspridning (SANS) och molekylära simuleringar för att skapa tredimensionella modeller av nanopartiklarna inklusive guld, silver och koppar.

Studien visar att kvantitativ beskrivning av självmonteringens morfologi på nanopartiklar kan erhållas med hjälp av småvinklade neutronspridning (SANS) och deutererade organiska molekyler.

Detta tillvägagångssätt kan skilja mycket liknande strukturer och den metod som används är mångsidig för nanopartiklar med olika typer av kärnelement samt ligandkemi.

Dr Tamim Darwish och Anwen Krause-Heuer (bilden nedan till höger), som deutererade ett antal ligander för denna studie, var bland författarna till tidningen.

Även om SANS hade använts som en teknik för att studera densiteten och tjockleken på ligandskalet, det antas vara första gången som deuteration, en mycket användbar karakteriseringsteknik, kombinerades med SANS för att dechiffrera den komplexa morfologin och längdskalorna för ligander på nanopartiklarna.

Författarna rapporterar att metodens precision och kvalitativa karaktär överstiger andra metoder.

En teknik, känd som kontrastmatchning, gör det möjligt att sondera specifika delar av ett system med spridda neutroner.

"Du kan göra olika delar av molekylen synlig eller osynlig beroende på närvaron av väte eller deuterium, sa Darwish.

Förundersökningar med SANS utfördes på Quokka -instrumentet av huvudförfattare, Zhi Luo på Australian Center for Neutron Scattering.

Viktigt, deuteration tycktes ha minimal effekt på nanopartiklarnas storlek och sammansättning.

Medan undersökningen genomfördes på guld, silver och koppar nanopartiklar, författarna föreslår att den kan användas mer allmänt för att karakterisera nanopartiklar med olika morfologier, kärnelement och ligandkemi.

Författarna rapporterar att funktioner från ojämn, Janus till komplicerade fläckremsliknande strukturer kan urskiljas kvantitativt med hög känslighet, och man tror att denna teknik kan bli ett allmänt verktyg inom nanopartikelforskning.