Questo rendering mostra le disposizioni atomiche di un nanocluster d'oro come riportato in un nuovo studio condotto dal chimico dell'UNL Xiao Cheng Zeng. L'ammasso misura circa 1,7 nanometri di lunghezza, all'incirca la stessa lunghezza di un'unghia umana che cresce in due secondi. Credito:Joel Brehm/Ufficio di ricerca e sviluppo economico
Possono trattare in oro, graffette atomiche ed elettronvolt piuttosto che cemento, travi di sostegno e chilowattora, ma i chimici hanno elaborato nuovi progetti su scala nanometrica per strutture a bassa energia in grado di ospitare prodotti farmaceutici e atomi di ossigeno.
Guidato da Xiao Cheng Zeng dell'UNL e dall'ex professore in visita Yi Gao, una nuova ricerca ha rivelato quattro disposizioni atomiche di un cluster di nanoparticelle d'oro. Le disposizioni mostrano un'energia potenziale molto più bassa e una maggiore stabilità rispetto a una configurazione standard riportata l'anno scorso da un team vincitore del premio Nobel della Stanford University.
La modellizzazione di queste disposizioni potrebbe informare l'uso del cluster come trasportatore di farmaci e come catalizzatore per la rimozione di inquinanti dalle emissioni dei veicoli o altri sottoprodotti industriali, ha detto Zeng.
Zeng e i suoi colleghi hanno svelato le disposizioni per una molecola con 68 atomi d'oro e 32 coppie di atomi di zolfo-idrogeno legati. Sedici degli atomi d'oro formano il nucleo della molecola; il resto si lega con lo zolfo e l'idrogeno per formare un rivestimento protettivo che parte dal nucleo.
Le differenze nelle disposizioni atomiche possono alterare l'energia molecolare e la stabilità, con meno energia potenziale per una molecola più stabile. Il team calcola che una delle disposizioni può rappresentare la struttura più stabile possibile in una molecola con la sua composizione.
Strutture geometriche di quattro grappoli d'oro rivestiti organici altamente stabili. La scala delle lunghezze degli ammassi d'oro è di circa 1,7 nanometri. Credito:Università del Nebraska-Lincoln
"Il nostro gruppo ha contribuito a guidare la ricerca sul nano-oro negli ultimi 10 anni, " disse Zeng, un professore di chimica dell'Università Ameritas. "Ora abbiamo trovato nuove strutture di rivestimento di energia molto più bassa, nel senso che sono più vicini alla realtà rispetto alle analisi (precedenti). Quindi la decifrazione di questa struttura di rivestimento è un grande progresso".
I ricercatori hanno riportato i loro risultati nell'edizione del 24 aprile di Progressi scientifici , una rivista online dell'American Association for the Advancement of Science.
La struttura del nucleo d'oro della molecola è stata precedentemente dettagliata dal team di Stanford. Basandosi su questo, Zeng e i suoi colleghi hanno utilizzato un framework computazionale soprannominato "divide-and-protect" per configurare le potenziali disposizioni degli atomi d'oro rimanenti e delle coppie zolfo-idrogeno che circondano il nucleo.
I ricercatori sapevano già che il rivestimento atomico presenta collegamenti a forma di graffette di varie lunghezze. Conoscevano anche la potenziale composizione atomica di ogni corto, fiocco medio e lungo, come il fatto che un fiocco corto è costituito da due atomi di zolfo legati con uno d'oro.
Combinando queste informazioni con la loro conoscenza di quanti atomi risiedono al di fuori del nucleo, il team ha ridotto il numero di potenziali accordi da milioni a poche centinaia.
"Abbiamo diviso 32 in corto, medio e lungo (permutazioni), " disse Zeng, che ha contribuito a sviluppare l'approccio dividi e proteggi nel 2008. "Abbiamo messo in fila tutti quei possibili accordi, e poi abbiamo calcolato le loro energie per trovare quelle più stabili.
"Senza queste regole, è come trovare un ago nel fiume Platte. Con loro, è come trovare un ago nella fontana fuori dall'Unione del Nebraska. è ancora difficile, ma è molto più gestibile. Hai una gamma molto più ristretta."
I ricercatori hanno fatto ricorso all'approccio computazionale a causa della difficoltà di catturare la struttura tramite cristallografia a raggi X o microscopia elettronica a trasmissione di particelle singole, due dei metodi di imaging più comuni su scala atomica.
Conoscendo le configurazioni più stabili delle nanoparticelle, Zeng ha detto, potrebbe consentire agli ingegneri biomedici di identificare i siti di legame appropriati per i farmaci usati per curare il cancro e altre malattie. I risultati potrebbero anche ottimizzare l'uso delle nanoparticelle d'oro nel catalizzare il processo di ossidazione che trasforma le pericolose emissioni di monossido di carbonio nell'anidride carbonica meno nociva, Egli ha detto.
