Ce rendu montre les arrangements atomiques d'un nanocluster d'or comme indiqué dans une nouvelle étude dirigée par le chimiste de l'UNL Xiao Cheng Zeng. L'amas mesure environ 1,7 nanomètre de long, soit à peu près la même longueur qu'un ongle humain pousse en deux secondes. Crédit :Joel Brehm/Bureau de la recherche et du développement économique
Ils peuvent vendre de l'or, des agrafes atomiques et des électrons-volts plutôt que du ciment, poutres de support et kilowattheures, mais les chimistes ont élaboré de nouveaux plans à l'échelle nanométrique pour des structures à faible énergie capables d'abriter des produits pharmaceutiques et des atomes d'oxygène.
Dirigé par Xiao Cheng Zeng de l'UNL et l'ancien professeur invité Yi Gao, de nouvelles recherches ont révélé quatre arrangements atomiques d'un cluster de nanoparticules d'or. Les arrangements présentent une énergie potentielle beaucoup plus faible et une plus grande stabilité qu'une configuration standard rapportée l'année dernière par une équipe lauréate du prix Nobel de l'Université de Stanford.
La modélisation de ces dispositions pourrait éclairer l'utilisation du cluster en tant que transporteur de médicaments pharmaceutiques et en tant que catalyseur pour éliminer les polluants des émissions de véhicules ou d'autres sous-produits industriels, dit Zeng.
Zeng et ses collègues ont dévoilé les arrangements pour une molécule comportant 68 atomes d'or et 32 paires d'atomes de soufre-hydrogène liés. Seize des atomes d'or forment le noyau de la molécule; le reste se lie au soufre et à l'hydrogène pour former un revêtement protecteur qui provient du noyau.
Les différences dans les arrangements atomiques peuvent altérer l'énergie moléculaire et la stabilité, avec moins d'énergie potentielle pour une molécule plus stable. L'équipe calcule que l'un des arrangements peut représenter la structure la plus stable possible dans une molécule avec sa composition.
Structures géométriques de quatre amas d'or à revêtement organique hautement stable. L'échelle de longueur des amas d'or est d'environ 1,7 nanomètre. Crédit :Université du Nebraska-Lincoln
"Notre groupe a aidé à diriger la recherche sur le nano-or au cours des 10 dernières années, " dit Zeng, un professeur de chimie de l'Université Ameritas. "Nous avons maintenant trouvé de nouvelles structures de revêtement d'énergie beaucoup plus faible, ce qui signifie qu'elles sont plus proches de la réalité que les analyses (précédentes). Le déchiffrement de cette structure de revêtement est donc un progrès majeur."
Les chercheurs ont rapporté leurs découvertes dans l'édition du 24 avril de Avancées scientifiques , un journal en ligne de l'American Association for the Advancement of Science.
La structure du noyau d'or de la molécule a été précédemment détaillée par l'équipe de Stanford. En s'appuyant sur cela, Zeng et ses collègues ont utilisé un cadre de calcul appelé "diviser et protéger" pour configurer les arrangements potentiels des atomes d'or restants et des paires soufre-hydrogène entourant le noyau.
Les chercheurs savaient déjà que le revêtement atomique comporte des liaisons en forme d'agrafes de différentes longueurs. Ils connaissaient également la composition atomique potentielle de chaque court, agrafe moyenne et longue, comme le fait qu'une agrafe courte se compose de deux atomes de soufre liés à un or.
En combinant ces informations avec leur connaissance du nombre d'atomes résidant à l'extérieur du noyau, l'équipe a réduit le nombre d'arrangements potentiels de millions à quelques centaines.
"Nous avons divisé 32 dans le court, moyen et long (permutations), " dit Zeng, qui a contribué à développer l'approche diviser pour protéger en 2008. "Nous avons aligné tous ces arrangements possibles, puis nous avons calculé leurs énergies pour trouver les plus stables.
« Sans ces règles, c'est comme trouver une aiguille dans la rivière Platte. Avec eux, c'est comme trouver une aiguille dans la fontaine à l'extérieur de l'Union du Nebraska. C'est encore dur, mais c'est beaucoup plus gérable. Vous avez une gamme beaucoup plus étroite."
Les chercheurs ont eu recours à l'approche informatique en raison de la difficulté de capturer la structure par cristallographie aux rayons X ou microscopie électronique à transmission monoparticulaire, deux des méthodes d'imagerie les plus courantes à l'échelle atomique.
Connaissant les configurations les plus stables de la nanoparticule, Zeng a dit, pourrait permettre aux ingénieurs biomédicaux d'identifier les sites de liaison appropriés pour les médicaments utilisés pour traiter le cancer et d'autres maladies. Les résultats pourraient également optimiser l'utilisation de nanoparticules d'or pour catalyser le processus d'oxydation qui transforme les émissions dangereuses de monoxyde de carbone en dioxyde de carbone moins nocif, il a dit.
