Creare e manipolare particelle fatte di pochi atomi è tutto in una giornata di lavoro per il dottor Richard Tilley.

Tilley, professore associato presso la Victoria's School of Chemical and Physical Sciences, guida il gruppo di ricerca sulle nanoparticelle e sui punti quantici della scuola.

Rilevamento e trattamento dei tumori del cancro, trovare soluzioni energetiche sostenibili e creare nuovi prodotti da utilizzare nell'industria farmaceutica e automobilistica sono solo alcune delle applicazioni su cui il gruppo si sta concentrando.

Dal suo arrivo nel 2003, Tilley, che è anche ricercatore principale presso il MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology, ha portato la capacità di ricerca sulle nanoparticelle di Victoria in prima linea negli sforzi internazionali.

Il suo gruppo di ricerca è uno dei pochi al mondo in grado di creare nanoparticelle di diverse dimensioni e forme. Il suo lavoro è sostenuto da ingenti contributi pubblici, ei suoi risultati sono regolarmente pubblicati nelle principali riviste di ricerca di chimica e nanotecnologia del mondo.

Il gruppo comprende Master, Dottorandi e ricercatori post-dottorato, collaboratori del MacDiarmid Institute, altre università e istituti di ricerca neozelandesi, e una serie di prestigiosi ricercatori internazionali.

La bellezza delle nanoparticelle

Le nanoparticelle stanno attirando l'interesse scientifico mondiale a causa delle loro potenziali applicazioni, in particolare nei campi della ricerca biomedica e dei processi industriali.

"Il nostro obiettivo è usarli a beneficio della scienza e, in definitiva, genere umano, "dice Tilly.

Le proprietà uniche delle nanoparticelle derivano dalla superficie della loro struttura. Quando la dimensione di un materiale si avvicina alla nanoscala, la percentuale di atomi sulla superficie aumenta, portando a nuove proprietà chimiche e fisiche.

Il gruppo di Richard utilizza tecniche chimiche in fase di soluzione che comportano la crescita di piccoli cristalli in una soluzione liquida, aggiungendo poi quelle che sono essenzialmente molecole di sapone. Questi si legano alle superfici delle particelle con diversi punti di forza. I ricercatori poi manipolano con cura le dimensioni e la forma, creando migliaia di nanoparticelle visivamente sorprendenti che reagiscono in modi nuovi.

Le uniche forme di nanoparticelle che il suo team è in grado di creare una gamma da quadrati e pentagoni a forme appuntite più elaborate, e possiedono proprietà come un aumento del magnetismo e la capacità di emettere luce.

"Anche se faccio questo da più di un decennio, Ho ancora un enorme ronzio ogni volta che guardo al microscopio le nuove particelle che possiamo creare in laboratorio, "dice Tilly.

Rilevamento di tumori attraverso nanoparticelle magnetiche

Un'area di successo per il gruppo è la produzione di nanoparticelle altamente magnetiche da utilizzare in applicazioni biotecnologiche, come rilevare il tessuto canceroso.

Insieme al professor Ian Hermans del Malaghan Institute of Medical Research, Il dottor Peter Ferguson del Wellington Public Hospital e i ricercatori del MacDiarmid Institute e Callaghan Innovation, il team ha sviluppato una nuova forma di nanoparticelle metalliche di ferro che non arrugginiscono.

Le particelle possono essere utilizzate come agente di contrasto nelle scansioni di risonanza magnetica (MRI), mettendo in evidenza le strutture interne del corpo e diagnosticando i problemi di salute." Di conseguenza siamo stati in grado di migliorare le prestazioni del 100 percento e rilevare tumori del cancro di appena due millimetri, "dice Tilly.

"Un altro vantaggio è che le nanoparticelle magnetiche di ferro possono essere riscaldate mentre si trovano nel corpo, quindi hanno il potenziale per essere usati per uccidere le cellule cancerose, oltre a rilevarli."

Un obiettivo commerciale per il gruppo è realizzare i convertitori catalitici nei veicoli, che controllano i livelli di tossicità dei fumi di scarico, più efficiente e conveniente.

"In un convertitore tipico, solo il 10% circa delle nanoparticelle è effettivamente attivo, e sono realizzati con metalli costosi come platino e palladio, " dice Tilley. "Tuttavia, il nostro team ha sviluppato una nuova nanoparticella composita, composto da due elementi diversi, che mostra proprietà catalitiche molto più efficienti."

Gadget all'avanguardia

Al centro della ricerca del gruppo c'è la suite multimilionaria di microscopi elettronici di Victoria che ospita microscopi elettronici a scansione e trasmissione che sono vitali per l'esame dei nanomateriali.

Il microscopio elettronico a trasmissione, centrale per il lavoro svolto dal team di Richard, permette loro di vedere la dimensione e la forma delle particelle che creano, e per controllare le proprietà delle nanoparticelle.

Il microscopio viene utilizzato per esaminare campioni ultrasottili, ed è stato recentemente aggiornato.

Con una risoluzione più elevata e una nuova fotocamera digitale, Tilley e il suo team possono ora osservare le nanoparticelle alla scala di 0,15 di nanometro, ovvero circa un miliardesimo di metro.

"Una caratteristica interessante è la maggiore velocità di imaging della fotocamera, " dice Tilley. "Questo ci permette di creare e analizzare video di nanoparticelle che si muovono e interagiscono per la prima volta".

I microscopi a scansione, utilizzato principalmente dai ricercatori del MacDiarmid Institute, sono stati anche migliorati. Questi microscopi utilizzano un fascio di elettroni per scansionare la superficie di un campione, acquisire informazioni sulla sua forma e composizione. Una recente aggiunta è un crioattaccamento, che congela rapidamente i campioni, bloccando le loro strutture interne in una forma solida e consentendo ai ricercatori di acquisire immagini di materiali morbidi e fluidi.

In precedenza era impossibile guardare materiali morbidi, importanti nella ricerca biologica, perché l'alto vuoto nel microscopio li ha fatti esplodere.

Guardando al futuro

Tilley afferma che molti studenti che hanno lavorato con il gruppo di ricerca sulle nanoparticelle hanno ottenuto prestigiose posizioni post-dottorato e carriere di successo in istituti di ricerca nazionali e internazionali e imprese commerciali.

Un focus attuale per il gruppo, dice Riccardo, è la commercializzazione delle sue nanoparticelle.

Insieme alla dottoressa Anna Henning, dottoranda, ha lanciato una società online, Boutiq, fornire nanoparticelle a clienti internazionali di scienza e ingegneria. Tilley prevede di far crescere l'attività attraverso il braccio di commercializzazione di Victoria, Vic Link.

"So quanto sia difficile creare qualcosa che finisca per essere usato dall'umanità ma, allo stesso tempo, Non riesco a immaginare di fare ricerche in cui non pensavo che il risultato sarebbe stato utile".