I ricercatori della North Carolina State University hanno dimostrato che l'"ingombro" delle molecole comunemente usate nella creazione di nanoparticelle d'oro determina in realtà la dimensione delle nanoparticelle, con cosiddetti ligandi più grandi che danno luogo a nanoparticelle più piccole. Il team di ricerca ha anche scoperto che ogni tipo di ligando produce nanoparticelle in una particolare serie di dimensioni discrete.

"Questo lavoro fa progredire la nostra comprensione della formazione di nanoparticelle, e ci offre un nuovo strumento per controllare le dimensioni e le caratteristiche delle nanoparticelle d'oro, "dice il dottor Joseph Tracy, un assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la NC State e coautore di un articolo che descrive la ricerca. Le nanoparticelle d'oro sono utilizzate nei processi chimici industriali, così come le applicazioni mediche ed elettroniche.

Quando si creano nanoparticelle d'oro, gli scienziati usano spesso molecole organiche chiamate ligandi per facilitare il processo. I ligandi riuniscono efficacemente gli atomi d'oro in una soluzione per creare le nanoparticelle. Nel processo, i ligandi essenzialmente si allineano fianco a fianco e circondano le nanoparticelle in tutte e tre le dimensioni.

I ricercatori volevano vedere se l'ingombro dei ligandi influenzava la dimensione delle nanoparticelle, e ha deciso di valutare tre tipi di ligandi tiolici, una famiglia di ligandi comunemente usata per sintetizzare nanoparticelle d'oro. Nello specifico, le molecole legate alle nanoparticelle d'oro sono esantiolato lineare (-SC6), cicloesantiolato (-SCy) e 1-adamantanetiolato (-SAd). Ciascuno di questi ligandi ha una configurazione più ingombrante del precedente.

Per esempio, immagina ogni legante come una fetta di torta, con un atomo d'oro attaccato all'estremità appuntita. -SC6 sembra una fetta di torta molto stretta. -SCy è leggermente più grande, e -SAd è il più grande dei tre - con l'estremità "crosta" della fetta di torta molto più ampia dell'estremità appuntita.

I ricercatori hanno scoperto che l'ingombro dei ligandi determinava la dimensione delle nanoparticelle. Poiché meno ligandi -SAd e -SCy possono allinearsi uno accanto all'altro in tre dimensioni, meno atomi d'oro sono riuniti nel nucleo. Perciò, le nanoparticelle sono più piccole. -SC6, il meno ingombrante dei tiolati, può creare le nanoparticelle più grandi.

"Mentre abbiamo dimostrato che questo è un mezzo efficace per controllare le dimensioni delle nanoparticelle d'oro, pensiamo che possa avere implicazioni anche per altri materiali, "dice Peter Krommenhoek, un dottorato di ricerca studente presso NC State e autore principale del documento. "Questo è qualcosa che stiamo esplorando."

Ma i ricercatori hanno fatto anche un'altra scoperta interessante.

Quando si formano nanoparticelle particolarmente piccole, tendono a formarsi a dimensioni molto specifiche, chiamate dimensioni discrete. Ad esempio, alcuni tipi di nanoparticelle possono essere costituiti da 25 o 28 atomi, ma mai da 26 o 27 atomi.

In questo studio, i ricercatori hanno scoperto che l'ingombro dei ligandi modificava anche le dimensioni discrete delle nanoparticelle. "Questo è interessante, in parte, perché ogni dimensione discreta rappresenta un numero diverso di atomi e leganti d'oro, "Tracy dice, "che potrebbe influenzare il comportamento chimico della nanoparticella. Questa domanda deve ancora essere affrontata".