Le spectre RMN du proton provenant de la couche de ligand de la nanoparticule Au102 dans l'eau (gauche). Le spectre a été entièrement interprété en attribuant les signaux observés (pics) à l'ensemble des 22 ligands thiols uniques à la symétrie numérotés dans la structure à l'état solide de la particule Au102 (à droite). De réf. 1.
Chercheurs de l'Université de Jyväskylä, Finlande, et l'Université d'État du Colorado, ETATS-UNIS, ont pour la première fois déterminé le comportement dynamique de la couche de ligand d'un nanocluster d'or soluble dans l'eau en solution. Cette percée ouvre la voie à des stratégies contrôlables pour la fonctionnalisation de nanoparticules ligaturées pour des applications. Le travail à l'Université de Jyväskylä a été soutenu par l'Académie de Finlande. La recherche a été publiée dans Communication Nature le 21 janvier 2016.
Les particules d'or à l'échelle nanométrique sont intensivement étudiées pour des applications comme catalyseurs, capteurs, dispositifs d'administration de médicaments et agents de contraste biologiques et en tant que composants de la photonique et de l'électronique moléculaire. Les plus petites particules ont des noyaux métalliques de seulement 1 à 2 nm avec quelques dizaines à quelques centaines d'atomes d'or. Leurs noyaux métalliques sont recouverts d'une couche de ligand organique stabilisant. Les formules moléculaires et la structure atomique à l'état solide de bon nombre de ces composés, appelés « clusters », ont été résolus au cours des dernières années. Toujours, comprendre leur structure à l'échelle atomique et leur comportement dynamique dans la phase de solution est un défi considérable. Il s'agit d'informations cruciales qui peuvent aider les chercheurs à comprendre comment les nanoclusters interagissent avec l'environnement.
Les chercheurs ont étudié un nanocluster moléculairement précis précédemment identifié qui a 102 atomes d'or et 44 ligands thiol (Figure 1, droit). La structure à l'état solide de ce cluster a été résolue à partir d'expériences de diffraction des rayons X sur un seul cristal en 2007. La coque du ligand a une faible symétrie et produit un grand nombre de signaux dans la mesure conventionnelle de la RMN du proton (Figure 1, la gauche). Les chercheurs ont obtenu une affectation complète de tous les signaux à des ligands thiols spécifiques en utilisant une combinaison d'expériences de résonance magnétique nucléaire (RMN) corrélées, calculs de théorie fonctionnelle de la densité et simulations de dynamique moléculaire.
Les chercheurs finlandais de Jyväskylä ont déjà utilisé ce matériau de cluster spécifique, par exemple, pour les études structurales des entérovirus.
"Maintenant que nous savons exactement quel ligand produit quel signal RMN, nous pouvons procéder à des études précises sur la façon dont ce nanocluster interagit avec l'environnement chimique et biologique en phase aqueuse. Cela donne un potentiel sans précédent pour comprendre et contrôler les interfaces inorganiques-organiques qui sont pertinentes pour les matériaux hybrides inorganiques-biologiques, ", déclare le professeur de l'Académie Hannu Häkkinen du Centre de nanosciences de l'Université de Jyväskylä. Häkkinen a coordonné les travaux de l'équipe finno-américaine.
