Kemister vid Ruhr-Universität Bochum har utvecklat en ny metod för att observera de kemiska reaktionerna hos enskilda silvernanopartiklar, som bara mäter en tusendel av tjockleken på ett människohår, i realtid. Partiklarna används inom medicin, mat och sportartiklar eftersom de har en antibakteriell och antiinflammatorisk effekt. Dock, hur de reagerar och bryts ned i ekologiska och biologiska system är än så länge knappt förstått. Teamet i Research Group for Electrochemistry and Nanoscale Materials visade att nanopartiklarna under vissa förhållanden omvandlas till svårlösliga silverkloridpartiklar. Gruppen ledd av Prof Dr. Kristina Tschulik rapporterar om resultaten i Journal of the American Chemical Society från 11 juli, 2018.

Mätning i naturlig miljö

Även under väldefinierade laboratorieförhållanden, aktuell forskning har gett olika, ibland motsägelsefulla, resultat på reaktionen av silvernanopartiklar. "I varje parti av nanopartiklar, partiklarnas individuella egenskaper, som storlek och form, variera, säger Kristina Tschulik, en medlem av Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation. "Med tidigare förfaranden, en myriad av partiklar undersöktes i allmänhet samtidigt, vilket innebär att effekterna av dessa variationer inte kunde registreras. Eller så skedde mätningarna i ett högt vakuum, inte under naturliga förhållanden i en vattenlösning."

Teamet under ledning av Kristina Tschulik utvecklade alltså en metod som gör att enskilda silverpartiklar kan undersökas i en naturlig miljö. "Vårt mål är att kunna registrera reaktiviteten hos enskilda partiklar, " förklarar forskaren. Detta kräver en kombination av elektrokemiska och spektroskopiska metoder. Med optisk och hyperspektral mörkfältsmikroskopi, , gruppen kunde observera enskilda nanopartiklar som synliga och färgade pixlar. Genom att använda ändringen i pixlarnas färg, eller mer exakt deras spektrala information, forskarna kunde följa vad som hände i ett elektrokemiskt experiment i realtid.

Nedbrytningen av partiklarna saktade ner

I experimentet, laget replikerade oxidationen av silver i närvaro av kloridjoner, som ofta sker i ekologiska och biologiska system. "Tills nu, det antogs allmänt att silverpartiklarna löses upp i form av silverjoner, " beskriver Kristina Tschulik. dåligt löslig silverklorid bildades i experimentet – även om endast ett fåtal kloridjoner fanns i lösningen.

"Detta förlänger livslängden för nanopartiklarna i extrem utsträckning och deras nedbrytning saktas ner på ett oväntat drastiskt sätt, " sammanfattar Tschulik. "Detta är lika viktigt för vattendrag och för levande varelser eftersom denna mekanism kan få tungmetallen silver att ackumuleras lokalt, som kan vara giftigt för många organismer."

Ytterligare utveckling planerad

Den Bochum-baserade gruppen vill nu ytterligare förbättra sin teknologi för att analysera enskilda nanopartiklar för att bättre förstå åldringsmekanismerna för sådana partiklar. Forskarna vill alltså få mer information om silverpartiklarnas biokompatibilitet och livslängden och åldrandet av katalytiskt aktiva nanopartiklar i framtiden.