科學(xué)網(wǎng)訊，納米顆粒的廣泛應(yīng)用并不意味著科學(xué)家對(duì)它們的微觀結(jié)構(gòu)了如指掌。美國(guó)科學(xué)家的一項(xiàng)最新研究，首次揭開了科研中經(jīng)常用到的一種金納米顆粒的神秘面紗。并利用X射線結(jié)晶學(xué)技術(shù)，首次對(duì)它們的精確結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成像，是突破性的進(jìn)展。相關(guān)論文以封面文章的形式發(fā)表在10月19日的《科學(xué)》雜志上。
由于金的活動(dòng)性弱且對(duì)空氣和光線都不敏感，實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常用金納米顆粒作為示蹤劑，比如探測(cè)樣本中是否存在某種DNA或者蛋白質(zhì)。為了防止不同金納米顆粒的原子之間形成化學(xué)鍵，科學(xué)家經(jīng)常在金納米顆粒表面覆蓋一層保護(hù)性分子層，最常用的是含硫的分子團(tuán)。如果改造這些含硫分子團(tuán)，使其具有特殊的綁定位點(diǎn)或者熒光標(biāo)記，觀察和區(qū)分金納米顆粒將更加容易。
盡管如此，科學(xué)家對(duì)金納米顆粒的結(jié)構(gòu)卻沒(méi)有清晰的認(rèn)識(shí)，有認(rèn)為金納米顆粒是膠質(zhì)的，形狀雜亂，大小不一，還有認(rèn)為它們是具有同一尺寸和結(jié)構(gòu)的離散分子。
在最新的研究中，美國(guó)斯坦福大學(xué)Roger Kornberg領(lǐng)導(dǎo)的小組成功制備出了有單層硫醇保護(hù)的金納米顆粒晶體，并利用X射線結(jié)晶學(xué)技術(shù)，首次對(duì)它們的精確結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成像。值得注意的是，制備晶體和確定結(jié)構(gòu)一樣，都是突破性的進(jìn)展。
研究人員發(fā)現(xiàn)，他們研究的金納米顆粒由102個(gè)金原子和44個(gè)硫醇分子組成，其中，金原子排列成球狀。三維高清圖像表明，金納米顆粒中心的原子排列與金塊中相差無(wú)幾。不過(guò)，該中心周圍卻環(huán)繞著兩個(gè)“蓋子”，每個(gè)都是由15個(gè)輕微扭曲的金原子組成。此外，與一些模型中預(yù)測(cè)硫醇分子團(tuán)直接與金表面綁定不同，硫醇分子團(tuán)會(huì)與最外層的金原子結(jié)成一體，它再與最中心金原子發(fā)生微弱的相互作用。
研究人員還注意到，金納米顆粒是手性的，這與金原子和硫醇分子團(tuán)的排列有關(guān)。
研究人員認(rèn)為，新的研究有望最終打消人們對(duì)納米顆粒及其毒性的疑慮。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的Robert Whetten表示，“如果一種物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)得到確定，化學(xué)家可能會(huì)以截然不同的方式對(duì)其進(jìn)行處理。這是一項(xiàng)應(yīng)該被寫入教科書的重要發(fā)現(xiàn)。”
由于金的活動(dòng)性弱且對(duì)空氣和光線都不敏感，實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常用金納米顆粒作為示蹤劑，比如探測(cè)樣本中是否存在某種DNA或者蛋白質(zhì)。為了防止不同金納米顆粒的原子之間形成化學(xué)鍵，科學(xué)家經(jīng)常在金納米顆粒表面覆蓋一層保護(hù)性分子層，最常用的是含硫的分子團(tuán)。如果改造這些含硫分子團(tuán)，使其具有特殊的綁定位點(diǎn)或者熒光標(biāo)記，觀察和區(qū)分金納米顆粒將更加容易。
盡管如此，科學(xué)家對(duì)金納米顆粒的結(jié)構(gòu)卻沒(méi)有清晰的認(rèn)識(shí)，有認(rèn)為金納米顆粒是膠質(zhì)的，形狀雜亂，大小不一，還有認(rèn)為它們是具有同一尺寸和結(jié)構(gòu)的離散分子。
在最新的研究中，美國(guó)斯坦福大學(xué)Roger Kornberg領(lǐng)導(dǎo)的小組成功制備出了有單層硫醇保護(hù)的金納米顆粒晶體，并利用X射線結(jié)晶學(xué)技術(shù)，首次對(duì)它們的精確結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成像。值得注意的是，制備晶體和確定結(jié)構(gòu)一樣，都是突破性的進(jìn)展。
研究人員發(fā)現(xiàn)，他們研究的金納米顆粒由102個(gè)金原子和44個(gè)硫醇分子組成，其中，金原子排列成球狀。三維高清圖像表明，金納米顆粒中心的原子排列與金塊中相差無(wú)幾。不過(guò)，該中心周圍卻環(huán)繞著兩個(gè)“蓋子”，每個(gè)都是由15個(gè)輕微扭曲的金原子組成。此外，與一些模型中預(yù)測(cè)硫醇分子團(tuán)直接與金表面綁定不同，硫醇分子團(tuán)會(huì)與最外層的金原子結(jié)成一體，它再與最中心金原子發(fā)生微弱的相互作用。
研究人員還注意到，金納米顆粒是手性的，這與金原子和硫醇分子團(tuán)的排列有關(guān)。
研究人員認(rèn)為，新的研究有望最終打消人們對(duì)納米顆粒及其毒性的疑慮。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的Robert Whetten表示，“如果一種物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)得到確定，化學(xué)家可能會(huì)以截然不同的方式對(duì)其進(jìn)行處理。這是一項(xiàng)應(yīng)該被寫入教科書的重要發(fā)現(xiàn)。”
