(Phys.org)—Nanoparticelle sintetizzate da metalli nobili come rutenio, rodio, palladio, argento (Ag), osmio, iridio, platino, e l'oro (Au) stanno attirando una maggiore attenzione da parte dei ricercatori di tutto il mondo alla ricerca di progressi in campi come la biomedicina e i catalizzatori.

Ricercatori dell'Argonne National Laboratory, l'Istituto di tecnologia dell'Illinois, e l'Università della Carolina del Sud che lavora presso le strutture del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti (DOE) ad Argonne, tra cui l'Advanced Photon Source (APS), sono riusciti a sintetizzare e caratterizzare nanoparticelle monodisperse con nucleo d'oro e guscio d'argento utilizzando un bio-modello che ha il potenziale come catalizzatore solubile in acqua per la conversione di biomassa come alberi morti, rami e tronchi d'albero, ritagli di giardino, trucioli di legno, e persino i rifiuti solidi urbani in combustibili.

I metalli nobili sono strade interessanti per questa ricerca perché, per una cosa, a differenza dei metalli di base, sono resistenti alla corrosione se esposti all'aria umida.

Catalizzatori bimetallici core-shell, dove un metallo è al centro, cioè., il centro, e il secondo è in superficie, o il guscio, fornire proprietà distintive, spesso una migliore reattività, perché la particella metallica del nucleo potrebbe modificare la deformazione reticolare del metallo del guscio, che si traduce in uno spostamento della struttura a bande elettroniche del metallo del guscio.

Tale nucleo-guscio, particelle di dimensioni nanometriche vengono studiate nella maggior parte dei laboratori e delle università nazionali.

Nel campo della chimica bioinorganica, l'uso di modelli a gabbia proteica è stato recentemente sviluppato come metodo promettente per la sintesi di catalizzatori di nanoparticelle metalliche di dimensioni uniformi.

In questa ricerca, lo stampo della gabbia proteica è l'apoferritina (Apo), che è la proteina ferritina priva di un nucleo di ferro. Questo complesso proteico è costituito da 24 subunità identiche e ha una forma sferica con un diametro esterno di 12 nm e una cavità interna di 8 nm, come mostrato nella figura allegata.

La cavità da 8 nm può essere utilizzata come sede di un "nanoreattore" in cui sintetizzare le nanoparticelle metalliche. La giunzione tra le subunità consiste di 14 canali vuoti, ogni 3-4 Å di diametro. Questi servono come un percorso tra l'esterno e l'interno del nucleo proteico.

Gli ioni metallici, che funzionano come nanoreattori, diffondere nel nucleo cavo dell'Apo attraverso questi canali e la successiva riduzione degli ioni metallici nella cavità porta a una particella metallica per ferritina Apo.

Mentre è stata proposta la sintesi di nanoparticelle core-shell, fino ad oggi non è stata segnalata una sintesi riuscita di nanoparticelle core-shell all'interno di Apo.

In una recente pubblicazione su Journal of Materials Chemistry , i ricercatori in questo studio riportano per la prima volta la sintesi di idrosolubili, Apo-incapsulato, Nanoparticelle Au-core Ag-shell di dimensioni inferiori a 5 nm e con una distribuzione delle dimensioni ridotta, utilizzando un Apo non modificato.

Le particelle sono state caratterizzate utilizzando diverse tecniche di ricerca:scattering di raggi X a piccolo angolo effettuato presso la linea di luce 12-ID della divisione di scienze dei raggi X dell'APS; misurazioni estese della struttura fine dell'assorbimento dei raggi X presso il Materials Research Collaborative Access Team 10-ID della linea di luce a raggi X, anche presso l'APS; microscopia elettronica a scansione a trasmissione eseguita presso l'Argonne Electron Microscopy Center; microscopia elettronica a scansione presso l'Argonne Center for Nanoscale Materials; e cromatografia liquida rapida delle proteine ​​eseguita presso l'Università della Carolina del Sud.

Monitorando attentamente la quantità di precursore dell'argento, i ricercatori sono riusciti a controllare lo spessore del guscio di Ag da uno strato a più strati.

Questo metodo dovrebbe aprire la strada alla preparazione di altre nanoparticelle core-shell che potrebbero funzionare come nuove, nanocatalizzatori potenzialmente ad alte prestazioni per reazioni di biocarburanti catalitici in futuro.

Tali nanoparticelle core-shell cresciute su uno stampo proteico possono anche essere esplorate per futuri sistemi di somministrazione di farmaci.