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Su ACS Nano lo studio del gruppo della Prof.ssa Pasquato e il MOSE

17 Novembre, 2016

In uno studio di collaborazione tra il gruppo della prof.ssa Lucia Pasquato (con Maria Şologan e Paolo Pengo del laboratorio di Nanochimica) e i ricercatori del Molecular Simulation Engineering (MOSE) Lab (Paola Posocco, Sabrina Pricl, Domenico Marson e Silvia Boccardo) dell’Università degli Studi di Trieste, recentemente pubblicato sulla prestigiosa rivista americana ACS Nano, sono state esplorate miscele binarie di leganti per comprendere le caratteristiche che queste molecole devono avere in termini di immiscibilità, lunghezza e ingombro sterico per potersi auto-organizzare sulla superficie di nanoparticelle di oro in sistemi anisotropici.

Negli ultimi anni la comunità scientifica ha manifestato un crescente interesse per materiali a base di nanoparticelle metalliche stabilizzate da uno strato di molecole organiche. La possibilità per gli scienziati di controllare a livello molecolare la morfologia del monostrato di ricoprimento ha portato, infatti, allo sviluppo di materiali innovativi per svariate applicazioni che vanno dai biosensori, all’imaging, al drug delivery, alla fotonica. Se poi le molecole organiche che formano il monostrato sono chimicamente differenti tra di loro (immiscibili), queste possono assemblarsi spontaneamente organizzandosi sul metallo dando origine, per esempio, a delle superfici striate o formando domini regolari (patchy, a macchie di leopardo), fino all’estremo in cui ciascun tipo di legante occupa un emisfero della superficie, generando nanoparticelle Janus, il cui nome è ispirato al dio romano Giano bifronte. Poiché le proprietà di superficie di un materiale determinano le interazioni con gli altri sistemi, la capacità di dirigere la morfologia del monostrato consente un controllo raffinato delle proprietà di superficie delle nanoparticelle.

Tuttavia, il controllo della morfologia del monostrato richiede anche la messa a punto di metodi in grado di rivelarla – spiega la prof.ssa Pasquato. Nel lavoro i ricercatori presentano una metodologia di indagine dell’organizzazione del monostrato che combina tecniche sperimentali basate sulla spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e computazionali. Il modello teorico proposto è in grado di predire l’organizzazione del monostrato in condizioni del tutto simili a quelle reali e combinato con gli esperimenti NMR restituisce un’immagine molecolare della superficie della nanoparticella senza precedenti – continua la dott.ssa Posocco.

Lo studio ha coinvolto un estensivo numero di particelle d’oro funzionalizzate con miscele binarie di leganti alchilici idrogenati e fluorurati, che consentono di avere la massima immiscibilità reciproca, e ha inoltre permesso di identificare come il controllo della morfologia del monostrato sia ottenibile attraverso una semplice scelta della struttura chimica dei leganti e determini proprietà del nanomateriale quali la solubilità e l’aggregazione delle particelle. In particolare, è emerso che parametri come rigidità e ingombro sterico delle molecole che formano il monostrato possano essere fondamentali nel dirigere l’autoassemblaggio verso la formazione di specifiche nanostrutture. Con questa strategia sono state sintetizzate nanoparticelle con struttura Janus, a strisce e patchy.

I principi di progettazione derivanti da questa analisi, anche se ottenuti con sistemi modello, sono di validità generale e, come tali, sono attualmente impiegati dal gruppo nella sintesi e caratterizzazione di nanoparticelle più complesse per specifiche applicazioni pratiche.

La ricerca è stata resa possibile anche grazie ai fondi per la ricerca di Ateneo (FRA) che hanno consentito l’acquisto di un probe selettivo per il nucleo di fluoro e al progetto di ricerca SIR (Scientific Independece of Young Researchers) "Structure and function at the nanoparticle biointerface" finanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca e coordinato dalla dott.ssa Posocco.

 

Informazioni editoriali

Maria Şologan, Domenico Marson, Stefano Polizzi, Paolo Pengo, Silvia Boccardo, Sabrina Pricl, Paola Posocco, Lucia Pasquato

Patchy and Janus nanoparticles by self-organization of mixtures of fluorinated and hydrogenated alkanethiolates on the surface of a gold core

ACS Nano 2016, 10, 9316−9325
DOI: 10.1021/acsnano.6b03931