Un esperimento che, per disegno, non avrebbe dovuto rivelare nulla di notevole invece ha prodotto una sorpresa "sconcertante", secondo gli scienziati di Stanford che hanno fatto la scoperta:un nuovo modo di creare nanoparticelle e nanofili d'oro usando gocce d'acqua.

La tecnica, dettagliato il 19 aprile sulla rivista Comunicazioni sulla natura , è l'ultima scoperta nel nuovo campo della chimica on-droplet e potrebbe portare a modi più rispettosi dell'ambiente per produrre nanoparticelle di oro e altri metalli, ha affermato il leader dello studio Richard Zare, un chimico presso la School of Humanities and Sciences e co-fondatore di Stanford Bio-X.

"Essere in grado di fare reazioni in acqua significa che non devi preoccuparti della contaminazione. È chimica verde, " disse Zare, che è la Marguerite Blake Wilbur Professor in Scienze Naturali a Stanford.

Metallo nobile

L'oro è conosciuto come un metallo nobile perché è relativamente poco reattivo. A differenza dei metalli di base come nichel e rame, l'oro è resistente alla corrosione e all'ossidazione, questo è uno dei motivi per cui è un metallo così popolare per i gioielli.

Verso la metà degli anni '80, però, gli scienziati hanno scoperto che il distacco chimico dell'oro si manifesta solo in generale, o macroscopico, bilancia. Su scala nanometrica, le particelle d'oro sono chimicamente molto reattive e sono ottimi catalizzatori. Oggi, le nanostrutture d'oro hanno trovato un ruolo in un'ampia varietà di applicazioni, compreso il bio-imaging, consegna farmaci, rilevamento di gas tossici e biosensori.

Fino ad ora, però, l'unico modo affidabile per produrre nanoparticelle d'oro era combinare l'acido cloroaurico precursore dell'oro con un agente riducente come il boroidruro di sodio.

La reazione trasferisce elettroni dall'agente riducente all'acido cloroaurico, liberando atomi d'oro nel processo. A seconda di come gli atomi d'oro si aggregano insieme, possono formare perline di dimensioni nanometriche, fili, canne, prismi e altro.

Una spruzzata d'oro

Recentemente, Zare e i suoi colleghi si sono chiesti se questa reazione di produzione dell'oro sarebbe andata diversamente con piccoli, goccioline micron di acido cloroaurico e sodio boroidruro. Quanto è grande una microgoccia? "È come spremere una boccetta di profumo e ne fuoriesce uno spruzzino di microgoccioline, " ha detto Zare.

Da precedenti esperimenti, gli scienziati sapevano che alcune reazioni chimiche procedono molto più velocemente nelle microgoccioline che nei volumi di soluzione più grandi.

Infatti, il team ha osservato che le nanoparticelle d'oro sono cresciute di oltre 100, 000 volte più veloce nelle microgoccioline. Però, l'osservazione più sorprendente è arrivata durante l'esecuzione di un esperimento di controllo in cui hanno sostituito l'agente riducente - che normalmente rilascia le particelle d'oro - con microgoccioline d'acqua.

"Con nostro grande stupore, abbiamo scoperto che le nanostrutture d'oro potrebbero essere realizzate senza agenti riducenti aggiunti, " ha detto il primo autore dello studio Jae Kyoo Lee, un collaboratore di ricerca.

Visto al microscopio elettronico, le nanoparticelle d'oro e i nanofili appaiono fusi insieme come grappoli di bacche su un ramo.

La scoperta a sorpresa significa che le microgoccioline di acqua pura possono fungere da microreattori per la produzione di nanostrutture d'oro. "Questa è un'ulteriore prova che le reazioni nelle goccioline d'acqua possono essere fondamentalmente diverse da quelle nell'acqua sfusa, ", ha affermato la coautrice dello studio Devleena Samanta, un ex studente laureato nel laboratorio di Zare e coautore del documento.

Se il processo può essere scalato, potrebbe eliminare la necessità di agenti riducenti potenzialmente tossici che hanno effetti collaterali dannosi per la salute o che possono inquinare i corsi d'acqua, ha detto Zare.

Non è ancora chiaro perché le microgoccioline d'acqua siano in grado di sostituire un agente riducente in questa reazione. Una possibilità è che trasformando l'acqua in microgoccioline aumenti notevolmente la sua superficie, creando l'opportunità per la formazione di un forte campo elettrico all'interfaccia aria-acqua, che possono promuovere la formazione di nanoparticelle e nanofili d'oro.

"La superficie in cima a un bicchiere d'acqua da un litro è inferiore a un metro quadrato. Ma se trasformi l'acqua in quel bicchiere in microgoccioline, otterrai circa 3, 000 metri quadrati di superficie - circa la metà di un campo da calcio, " ha detto Zare.

Il team sta esplorando modi per utilizzare le nanostrutture per varie applicazioni catalitiche e biomediche e per perfezionare la propria tecnica per creare pellicole d'oro.

"Abbiamo osservato una rete di nanofili che potrebbe consentire la formazione di un sottile strato di nanofili, " ha detto Samanta.