Voir c'est croire quand il s'agit d'auto-assemblage de nanoparticules. Une équipe d'ingénieurs de l'Université de l'Illinois observe les interactions de nanoparticules d'or colloïdal à l'intérieur de minuscules conteneurs d'échantillons ressemblant à des aquariums pour mieux contrôler le processus d'auto-assemblage des matériaux fabriqués.

Les nanoparticules colloïdales auto-assemblées sont l'une des choses qui font des choses comme les écrans LED, les cellules solaires et les batteries fonctionnent. Les chercheurs étudient ces nanoparticules avec des images fixes à l'aide de microscopes électroniques à haute puissance, mais parce que les nanoparticules colloïdales interagissent par des mouvements dans les liquides, les méthodes d'observation traditionnelles basées sur la microscopie électronique ne peuvent pas capturer les interactions qui se produisent lorsque ces nanoparticules s'auto-assemblent, dit Qian Chen, professeur de science et d'ingénierie des matériaux et co-auteur d'une nouvelle étude.

"Le processus d'auto-assemblage des colloïdes a toujours été un peu une boîte noire, " dit Chen. " Les particules se comportent comme des atomes et des molécules, ce qui nous permet d'utiliser les théories classiques de la chimie et de la physique pour modéliser leur comportement. Cette nouvelle méthode, appelée microscopie électronique à transmission en phase liquide, nous permet de voir exactement ce qui se passe."

La nouvelle méthode de l'équipe, Publié dans Communication Nature , montre également que la forme des nanoparticules peut contrôler les types de matériaux formés.

"L'un des défis de la nanotechnologie est de vaincre notre incapacité à contrôler le processus d'assemblage artificiel, " dit Chen. " En travaillant avec des particules de formes différentes, nous pouvons contrôler la façon dont les particules s'empilent, presque comme jouer avec de minuscules jouets Legos. Ce type de contrôle fera une différence dans les propriétés et l'application d'un matériau."

« On peut suivre la trajectoire des nanoparticules, précisément et en continu, ce qui nous donne le pouvoir de cartographier les lois de taux d'assemblage quantitativement, ", a déclaré Juyeong Kim, chercheur postdoctoral et auteur principal. "Les formes particulières préfèrent s'attacher d'une manière similaire à la façon dont les molécules se connectent dans de gros polymères, et nous pouvons reproduire ces conditions, ce qui est un énorme pas en avant dans la compréhension fondamentale et le contrôle de l'auto-assemblage des nanoparticules."

Le groupe a choisi d'expérimenter l'utilisation de l'or pour une raison.

"L'or montre un excellent contraste sous TEM car c'est un élément lourd, facilitant l'observation, " a déclaré l'étudiant diplômé et co-auteur Zihao Ou. " C'est aussi un élément très stable et généralement non toxique, ce qui est bénéfique pour les applications dans le corps humain, comme la médecine."

"L'or colloïdal contient une propriété qui lui permet de concentrer le rayonnement électromagnétique, comme des ondes lumineuses, lui permettant de générer de la chaleur, " Kim a dit. " Une application possible de ceci est ce qu'on appelle la thérapie photothermique, où nous pouvons injecter de l'or colloïdal à un patient pour cibler les cellules cancéreuses et les détruire avec de la chaleur."

Chen envisage également d'utiliser la méthode MET en phase liquide pour étudier la structure des protéines et des micro-organismes dans le corps humain. Les protéines doivent être congelées ou cristallisées pour l'analyse, ce qui n'est pas idéal. Son groupe étudie maintenant les protéines dans des environnements liquides à l'aide de la MET en phase liquide pour voir comment elles s'auto-assemblent et changent de forme.