Ett experiment som av design, var inte tänkt att visa upp något i stället för en "förvirrande" överraskning, enligt Stanford -forskarna som gjorde upptäckten:ett nytt sätt att skapa guldnanopartiklar och nanotrådar med vattendroppar.

Tekniken, detaljerad 19 april i tidningen Naturkommunikation , är den senaste upptäckten inom det nya området för droppkemi och kan leda till mer miljövänliga sätt att producera nanopartiklar av guld och andra metaller, sa studieledaren Richard Zare, en kemist vid School of Humanities and Sciences och en av grundarna av Stanford Bio-X.

"Att kunna reagera i vatten betyder att du inte behöver oroa dig för kontaminering. Det är grön kemi, sa Zare, som är Marguerite Blake Wilbur professor i naturvetenskap vid Stanford.

Ädelmetall

Guld är känt som en ädelmetall eftersom det är relativt oreaktivt. Till skillnad från basmetaller som nickel och koppar, guld är resistent mot korrosion och oxidation, vilket är en anledning till att det är en så populär metall för smycken.

Omkring mitten av 1980-talet dock, forskare upptäckte att guldets kemiska avstånd endast manifesteras i stort, eller makroskopisk, vågar. På nanometerskala, guldpartiklar är mycket kemiskt reaktiva och ger utmärkta katalysatorer. I dag, guldnanostrukturer har funnit en roll i en mängd olika applikationer, inklusive bioavbildning, drogleverans, giftig gasdetektering och biosensorer.

Tills nu, dock, det enda tillförlitliga sättet att göra guldnanopartiklar var att kombinera guldprekursorn kloroaurinsyra med ett reduktionsmedel, såsom natriumborhydrid.

Reaktionen överför elektroner från reduktionsmedlet till kloroaurinsyran, frigörande guldatomer i processen. Beroende på hur guldatomerna sedan klumpar ihop sig, de kan bilda pärlor i nanostorlek, trådar, stavar, prisma och mer.

En sprits av guld

Nyligen, Zare och hans kollegor undrade om denna guldproducerande reaktion skulle gå annorlunda med små, mikronstorlekar av kloroaurinsyra och natriumborhydrid. Hur stor är en mikrodroppe? "Det är som att pressa en parfymflaska och spruta ut en dimma av mikrodroppar, "Sa Zare.

Från tidigare experiment, forskarna visste att vissa kemiska reaktioner går mycket snabbare i mikrodroppar än i större lösningsvolymer.

Verkligen, laget observerade att guldnanopartiklar växte över 100, 000 gånger snabbare i mikrodroppar. Dock, den mest slående observationen kom när man utförde ett kontrollförsök där de ersatte reduktionsmedlet - som vanligtvis frigör guldpartiklarna - med mikrodroppar av vatten.

"Till vår stora förvirring, vi fann att guld -nanostrukturer kunde tillverkas utan tillsats av reduktionsmedel, "sa studieförfattaren Jae Kyoo Lee, en forskningsassistent.

Sett under ett elektronmikroskop, guldnanopartiklarna och nanotrådarna verkar smälta ihop som bärkluster på en gren.

Överraskningsfyndet innebär att mikrovattendroppar av rent vatten kan fungera som mikroreaktorer för produktion av guldnanostrukturer. "Detta är ännu ett bevis på att reaktioner i vattendroppar kan vara fundamentalt annorlunda än reaktioner i bulkvatten, "sa studiemedförfattaren Devleena Samanta, en tidigare doktorand i Zares laboratorium och medförfattare på pappret.

Om processen kan skalas upp, det kan eliminera behovet av potentiellt giftiga reduktionsmedel som har skadliga hälsoeffekter eller som kan förorena vattenvägar, Zare sa.

Det är fortfarande oklart varför vattenmikrodroppar kan ersätta ett reduktionsmedel i denna reaktion. En möjlighet är att omvandla vattnet till mikrodroppar kraftigt ökar dess yta, skapa möjlighet för ett starkt elektriskt fält att bildas vid gränssnittet mellan luft och vatten, som kan främja bildandet av guldnanopartiklar och nanotrådar.

"Ytan ovanpå en liters vattenbägare är mindre än en kvadratmeter. Men om du förvandlar vattnet i bägaren till mikrodroppar, du får cirka 3, 000 kvadratmeter yta - ungefär lika stor som en halv fotbollsplan, "Sa Zare.

Teamet undersöker sätt att använda nanostrukturerna för olika katalytiska och biomedicinska tillämpningar och förfina deras teknik för att skapa guldfilmer.

"Vi observerade ett nätverk av nanotrådar som kan tillåta bildandet av ett tunt lager av nanotrådar, Sa Samanta.