(PhysOrg.com) -- Nuovi sistemi di somministrazione dei farmaci, celle solari, catalizzatori industriali e display video sono tra le potenziali applicazioni di particelle speciali che possiedono due lati chimicamente distinti. Queste particelle prendono il nome dal dio romano Giano bifronte e le loro facce chimiche gemelle consentono loro di formare nuove strutture e nuovi materiali.

Però, poiché gli scienziati hanno ridotto la dimensione delle particelle di Janus fino a pochi nanometri di diametro, circa la dimensione delle singole proteine, che ha il maggior potenziale per la terapia farmacologica:i loro sforzi sono stati ostacolati perché non hanno avuto modo di mappare accuratamente le superfici delle particelle che producono. Questa incertezza ha reso difficile valutare l'efficacia di queste particelle per varie applicazioni e migliorare i metodi che i ricercatori stanno utilizzando per produrle.

Ora, un team di chimici Vanderbilt ha superato questo ostacolo sviluppando il primo metodo in grado di mappare in modo rapido e accurato le proprietà chimiche della più piccola di queste nanoparticelle di Janus.

I risultati, pubblicato online questo mese sulla rivista di chimica tedesca Angewandte Chemie , affrontare un grave ostacolo che ha rallentato lo sviluppo e l'applicazione delle più piccole nanoparticelle Janus.

Il fatto che le particelle di Janus abbiano due facce chimicamente distinte le rende potenzialmente più preziose delle particelle chimicamente uniformi. Per esempio, una faccia può trattenere molecole di farmaco mentre l'altra è rivestita con molecole di collegamento che si legano alle cellule bersaglio. Questo vantaggio è maggiore quando le diverse superfici sono nettamente separate in emisferi rispetto a quando i due tipi di superfici sono mescolati.

Per nanoparticelle più grandi (con dimensioni superiori a 10 nanometri), i ricercatori possono utilizzare i metodi esistenti, come la microscopia elettronica a scansione, mappare la loro composizione superficiale. Ciò ha aiutato i ricercatori a migliorare i loro metodi di produzione in modo da poter produrre particelle di Janus accuratamente segregate. Però, i metodi convenzionali non funzionano con dimensioni inferiori a 10 nanometri.

I chimici Vanderbilt – Professore Associato David Cliffel, Professore assistente John McLean, lo studente laureato Kellen Harkness e il docente Andrzej Balinski hanno sfruttato le capacità di uno strumento all'avanguardia chiamato spettrometro di massa a mobilità ionica (IM-MS) in grado di identificare contemporaneamente migliaia di singole particelle.

Il team ha rivestito le superfici delle nanoparticelle d'oro di dimensioni comprese tra due e quattro nanometri con due diversi composti chimici. Quindi hanno suddiviso le nanoparticelle in gruppi di quattro atomi d'oro e hanno fatto passare questi frammenti attraverso l'IM-MS.

Le molecole dei due rivestimenti erano ancora attaccate ai cluster. Così, analizzando il modello risultante, i chimici hanno dimostrato di poter distinguere tra nanoparticelle originali in cui i due composti di superficie erano completamente separati, quelli in cui erano mescolati casualmente e quelli che avevano un grado di separazione intermedio.

"Non c'è altro modo per analizzare la struttura a questa scala se non la cristallografia a raggi X, "disse Cliffel, "e la cristallografia a raggi X è estremamente difficile e può richiedere mesi per ottenere una singola struttura".

“IM-MS non è preciso come la cristallografia a raggi X, ma è estremamente pratico, "ha aggiunto McLean, che ha contribuito allo sviluppo del nuovo strumento. “Può fornire informazioni strutturali in pochi secondi. Due anni fa è diventata disponibile una versione commerciale in modo che le persone che vogliono utilizzarla non debbano più crearne una per se stessi”.