Metalen nanoclusters zijn afstembaar voor veel toepassingen, van katalyse tot biogeneeskunde, zegt onderzoek

In een recent uitgebreid overzichtsartikel bespreken onderzoekers van het Nanoscience Center van de Universiteit van Jyväskylä, Finland, de unieke eigenschappen van metaalclusters van nanometergrootte die ze geschikt maken voor verschillende toepassingen in katalyse, bioimaging, detectie en gerichte medicijnafgifte.

Deze grote verscheidenheid aan toepassingen wordt mogelijk gemaakt door de afstembare, atomair nauwkeurige structuur van de nanoclusters die modificaties van hun fysische en chemische eigenschappen mogelijk maakt via een nauw verband tussen computationele modellering en experimentele karakterisering.

De metalen nanoclusters hebben een hybride anorganisch-organische structuur waarbij de anorganische metalen kern is samengesteld uit metaalatomen zoals goud of zilver, of een combinatie van edele metalen en overgangsmetalen.

De metalen kern wordt beschermd door een laag organische ligandmoleculen zoals thiolen, fosfinen, carbenen of alkynylen. De keuze van de metalen in de anorganische kern bepaalt de fysische eigenschappen van de clusters, terwijl de organische ligandschil hun oplosbaarheid en functionaliteit in de omgeving bepaalt. Liganden die het cluster oplosbaar maken in water, kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om de binding aan biomoleculen, zoals afzonderlijke peptiden of eiwitten, te functionaliseren.

Dit maakt het mogelijk om de clusters te gebruiken als beeldvormende middelen van eiwitten of virussen via elektronenmicroscopie of via fluorescentiespectroscopie, als precisie-afgiftemiddelen voor geneesmiddelen wanneer zowel geneesmiddelen als doelherkennende peptiden in de ligandlaag zijn opgenomen, of als fotosensitizers in fotodynamische therapie. het initiëren van fotochemische reacties om reactieve zuurstofspecies te produceren.

De kleine omvang van de clusters, tot een paar honderd metaalatomen, maakt ze geschikt voor zeer nauwkeurige computermodellen.

“Hoewel metaalclusters al tientallen jaren worden onderzocht, is het pas vrij recent dat de aandacht is gericht op hun brede toepassingspotentieel, variërend van katalyse tot biogeneeskunde”, zegt de hoofdauteur van het overzichtsartikel, Dr. María Francisca Matus van de Universiteit van Jyväskyla. .

“We zijn ervan overtuigd dat deze speciale nanosystemen een groot, nog onontgonnen toepassingspotentieel zullen bieden, met name in de biogeneeskunde, waar echte nauwkeurigheid op atomaire schaal nodig is om efficiënte, biocompatibele en veilige oplossingen in geavanceerde nanotherapieën te ontwerpen.”

“We waren erg blij dat we werden uitgenodigd om dit uitgebreide overzichtsartikel te schrijven voor een van de beste tijdschriften in het veld, dat ook onze lange onderzoekstraditie in de wetenschap van metalen nanoclusters in Jyväskylä erkent. We hopen dat deze bijdrage een nog sterker wereldwijd onderzoek katalyseert inspanningen op dit nog steeds vrij smalle, maar snelgroeiende gebied van onderzoek naar nanodeeltjes”, concludeert de senior auteur van het artikel, professor Hannu Häkkinen.

De bevindingen worden gepubliceerd in het tijdschrift Natuur beoordelingen materialen.