Les propriétés de l'or à l'échelle nanométrique sont significativement différentes de celles de l'or en vrac. Les nanoclusters d'or sont particulièrement intéressants, qui sont composés de quelques dizaines à quelques centaines d'atomes d'or. Un grand nombre de ces structures d'amas sont connues et synthétisables avec une précision atomique. L'objectif de cette thèse était d'appliquer des simulations de dynamique moléculaire à l'étude des propriétés des nanoclusters d'or dans différents environnements. Les simulations révèlent que le nanocluster d'or peut se lier aux virus par différentes interactions, et que la force des interactions dépend des conditions de pH.

L'applicabilité des nanoclusters d'or en médecine est largement étudiée. A l'Université de Jyväskylä, leur utilisation a été démontrée par exemple en imagerie virale. Les nanoclusters d'or sont généralement composés d'un noyau d'or recouvert d'une couche protectrice de différentes molécules. La couche protectrice détermine ainsi essentiellement comment le nanocluster d'or interagit avec son environnement. De plus, les propriétés des nanoclusters d'or peuvent être modifiées en adaptant le type de molécules dans la couche protectrice.

L'objectif de la thèse de M.Sc Emmi Pohjolainen à l'Université de Jyväskylä, Finlande, était d'étudier différents nanoclusters d'or dans divers environnements au moyen de simulations de dynamique moléculaire. Les simulations de dynamique moléculaire sont un outil établi dans les études de systèmes dont les propriétés et la dynamique doivent être étudiées en précision atomique, tout en gardant un temps de calcul raisonnable.

Alors que les simulations de dynamique moléculaire ont été largement utilisées dans les études de biomolécules, leur utilisation dans la recherche sur les nanoclusters métalliques a été relativement rare. Le tout premier objectif de cette thèse était de développer et de valider des paramètres permettant de simuler de tels systèmes. Ces paramètres ont depuis été également utilisés par d'autres groupes en dehors de l'Université de Jyväskylä.

L'acidité contrôle la liaison des nanoclusters d'or au virus

Tous les résultats de simulation doivent essentiellement être connectés aux données expérimentales. D'une part les résultats expérimentaux peuvent être complétés par des résultats de simulation, d'autre part, les informations expérimentales disponibles doivent être utilisées pour valider la qualité de la simulation. Les simulations réalisées pour cette thèse comprenaient par exemple la simulation de nanoclusters d'or en interactions avec des virus, en construisant un système avec une capside virale complète recouverte de 60 nanoclusters d'or. Ce système contenait quelque 3,5 millions d'atomes, et est en tant que tel un système particulièrement grand pour simuler à l'échelle atomistique.

Les résultats ont révélé que les nanoclusters d'or peuvent interagir avec le virus par différents moyens, et la force de ces interactions dépend des conditions de pH. Ces informations pourraient être utilisées à l'avenir dans la conception d'imagerie et de molécules médicamenteuses qui doivent se lier à des emplacements spécifiques sur la surface du virus. La liaison de différents types de molécules médicamenteuses au virus a également été simulée, et les forces de liaison ont été comparées à celles des nanoclusters d'or.

Dans cette thèse également l'auto-assemblage de nanoclusters d'or en paillettes ou en structures sphériques, précédemment observé expérimentalement, ont été simulés. Les simulations ont révélé que la stabilité de telles superstructures dépend à la fois des conditions de solvant et de la distribution des charges à la surface de l'amas. Ainsi, l'auto-assemblage ou le désassemblage peut être contrôlé en changeant les conditions de solvant et de pH. Cette propriété pourrait être utilisable par exemple dans des molécules porteuses de médicaments.