(PhysOrg.com) -- Nouveaux systèmes d'administration de médicaments, cellules solaires, les catalyseurs industriels et les écrans vidéo font partie des applications potentielles de particules spéciales qui possèdent deux faces chimiquement distinctes. Ces particules portent le nom du dieu romain à deux faces Janus et leurs faces chimiques jumelles leur permettent de former de nouvelles structures et de nouveaux matériaux.

Cependant, comme les scientifiques ont réduit la taille des particules de Janus à quelques nanomètres de diamètre - environ la taille des protéines individuelles, qui a le plus grand potentiel pour la thérapie médicamenteuse - leurs efforts ont été entravés parce qu'ils n'avaient pas de moyen de cartographier avec précision les surfaces des particules qu'ils produisent. Cette incertitude a rendu difficile l'évaluation de l'efficacité de ces particules pour diverses applications et l'amélioration des méthodes utilisées par les chercheurs pour les produire.

Maintenant, une équipe de chimistes de Vanderbilt a surmonté cet obstacle en développant la première méthode capable de cartographier rapidement et précisément les propriétés chimiques de la plus petite de ces nanoparticules de Janus.

Les résultats, publié en ligne ce mois-ci dans la revue allemande de chimie Angewandte Chemie , surmonter un obstacle majeur qui a ralenti le développement et l'application des plus petites nanoparticules de Janus.

Le fait que les particules Janus aient deux faces chimiquement distinctes les rend potentiellement plus précieuses que les particules chimiquement uniformes. Par exemple, une face peut retenir les molécules médicamenteuses tandis que l'autre est recouverte de molécules de liaison qui se lient aux cellules cibles. Cet avantage est plus important lorsque les différentes surfaces sont nettement séparées en hémisphères que lorsque les deux types de surfaces sont mélangés.

Pour les nanoparticules plus grosses (avec des tailles supérieures à 10 nanomètres), les chercheurs peuvent utiliser les méthodes existantes, comme la microscopie électronique à balayage, cartographier la composition de leur surface. Cela a aidé les chercheurs à améliorer leurs méthodes de fabrication afin qu'ils puissent produire des particules Janus proprement séparées. Cependant, les méthodes conventionnelles ne fonctionnent pas à des tailles inférieures à 10 nanomètres.

Les chimistes de Vanderbilt – Professeur agrégé David Cliffel, Professeur adjoint John McLean, l'étudiant diplômé Kellen Harkness et le conférencier Andrzej Balinski - ont profité des capacités d'un instrument de pointe appelé spectromètre de masse à mobilité ionique (IM-MS) qui peut identifier simultanément des milliers de particules individuelles.

L'équipe a recouvert les surfaces de nanoparticules d'or dont la taille varie de deux à quatre nanomètres avec deux composés chimiques différents. Ensuite, ils ont divisé les nanoparticules en grappes de quatre atomes d'or et ont passé ces fragments à travers l'IM-MS.

Les molécules des deux revêtements étaient toujours attachées aux amas. Donc, en analysant le motif résultant, les chimistes ont montré qu'ils pouvaient distinguer des nanoparticules originales où les deux composés de surface étaient complètement séparés, ceux où ils étaient mélangés au hasard et ceux qui avaient un degré de séparation intermédiaire.

« Il n'y a pas d'autre moyen d'analyser la structure à cette échelle que la cristallographie aux rayons X, " dit Cliffel, « et la cristallographie aux rayons X est extrêmement difficile et peut prendre des mois pour obtenir une structure unique. »

« L'IM-MS n'est pas aussi précis que la cristallographie aux rayons X mais c'est extrêmement pratique, " a ajouté McLean, qui a contribué au développement du nouvel instrument. « Il peut fournir des informations structurelles en quelques secondes. Il y a deux ans, une version commerciale est devenue disponible afin que les personnes qui souhaitent l'utiliser n'aient plus à en créer une pour elles-mêmes.