Suomen Akatemia

Itsejärjestäytyviä nanolevyjä ja nanopalloja atomintarkoista kultananoklustereista

Jaa

Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksen ja Aalto-yliopiston HYBER-huippuyksikön tutkijat ovat löytäneet uudenlaisia, atomintarkoista kulta-nanoklustereista muodostuvia itsejärjestäytyviä kaksiulotteisia nanolevyjä ja onttoja nanopallomateriaaleja. Tutkimus on tehty Suomen Akatemian rahoituksella.

Kultananoklusterien muodostamia kaksi- ja kolmiulotteisia rakenteita.  Yksittäisen klusterin atomirakenne näytetään ylhäällä vasemmalla.
Kultananoklusterien muodostamia kaksi- ja kolmiulotteisia rakenteita. Yksittäisen klusterin atomirakenne näytetään ylhäällä vasemmalla.

Uusilla materiaaleilla odotetaan olevan sovelluksia esimerkiksi höyhenen keveinä toiminnallisina materiaalirunkoina ja koska kaksiulotteisilla nanomateriaaleilla on uusia toiminnallisia ominaisuuksia. Nyt löydetyt kultamateriaalit ovat mielenkiintoisia myös siksi, että niiden jokainen rakennusyksikkö on identtinen, joten ne ovat luonteeltaan orgaanisten ja biologisten itsejärjestäytyvien materiaalien kaltaisia. Tutkimus on julkaistu johtavassa kemian alan kansainvälisessä julkaisusarjassa Angewandte Chemie (1).

Tutkimuksessa käytettiin Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksessa valmistettuja atomintarkkoja kulta-nanoklustereita, joissa on 102 kulta-atomin muodostama ”sydän” ja 44 tiolimolekyylin muodostama suojaava pintakerros. Tällaisten klusterien atomirakenne ratkaistiin vuonna 2007 Stanfordin yliopistossa (2).  Jyväskylässä näitä kultananoklustereita on tutkittu jo usean vuoden ajan, ja niitä on sovellettu muun muassa virusten elektronimikroskooppikuvausten leimoina (3). Yksittäisen kultananoklusterin koko on noin kaksi nanometriä.

Nyt tehdyssä tutkimuksessa kultananopartikkeleilla havaittiin uudenlainen itsejärjestäytymisilmiö vesi-metanoliliuoksessa. Näytteen kemiallisesta käsittelystä riippuen klusterit muodostivat joko noin 500 nanometrin kokoisia tasomaisia kerrosrakenteita tai noin 200-500 nanometrin kokoisia kolmiulotteisia onttoja pallorakenteita (kuva). Rakenteet syntyvät klustereiden pinnalla olevien happoryhmien välisistä vuorovaikutuksista, jotka saavat aikaan suuntautuneita vetysidoksia vierekkäisten klustereiden välille.  Rakenteet kuvattiin ja karakterisoitiin elektronimikroskopian ja tomografian avulla Aalto-yliopiston mikroskopiakeskuksessa.

”Tunnemme tällä hetkellä jo kymmeniä erilaisia ja erikokoisia atomintarkkoja kultananoklustereita, ja tulee olemaan mielenkiintoista nähdä, millaisia meta-materiaaleja voimme näistä rakentaa itsejärjestäytymisen avulla. Nämä rakenteet muistuttavat myös biologisen itsejärjestäytymisen kautta muodostuvia rakenteita sikäli, että rakenteita voidaan koota ja hajottaa pienillä ympäristön kemiallisilla muutoksilla”, sanoo tutkimusta Jyväskylässä koordinoinut akatemiaprofessori Hannu Häkkinen.

”Nyt havaitut kerrosmaiset  ja kuplamaiset materiaalit voivat löytää tiensä uudenlaisiin sovelluksiin, joissa tarvitaan hyvin määriteltyjä rakenteita ja esimerkiksi höyhenen keveitä ontelomaisia materiaalien runkoja”, kommentoi tutkijatohtori Nonappa Aalto-yliopistosta.

”Uudet tuloksemme ovat mielenkiintoisia myös itsejärjestäytymisen perusperiaatteiden tutkimisen kannalta”, sanoo tutkimusta Aalto-yliopistossa koordinoinut professori Olli Ikkala. ”On ajateltu perinteisesti, että itsejärjestäytyminen tapahtuu, kun prosessissa on mukana tarpeeksi samankokoisia ja -muotoisia osasia. Nyt löydetyissä materiaaleissa jokainen osanen on periaatteessa identtinen. Tällä tavoin aivan pienet erot kultaklustereiden pintojen vuorovaikutuksessa, kuten mahdollisten vetysidosten määrä ja suunta, tulevat säätelemään makroskooppisessa mittakaavassa havaittavien rakenteiden syntyä.”

Tutkimukseen osallistuivat myös dosentti Tanja Lahtinen ja tutkijatohtori Tiia-Riikka Tero Jyväskylän yliopistosta sekä Johannes Haataja Aalto-yliopistosta.

Lisätietoja:

Akatemiaprofessori Hannu Häkkinen, Jyväskylän yliopisto, p. 0400 247 973,hannu.j.hakkinen@jyu.fi    

Tutkijatohtori Nonappa, Aalto-yliopisto, p. 050 593 1480, nonappa@aalto.fi  

Professori Olli Ikkala, Aalto-yliopisto, p. 050 410 0454, olli.ikkala@aalto.fi    

 

Viitteet:

(1) Nonappa, T. Lahtinen, J.S. Haataja, T.-R. Tero, H. Häkkinen and O. Ikkala, “Template-Free Supracolloidal Self-Assembly of Atomically Precise Gold Nanoclusters: From 2D Colloidal Crystals to Spherical Capsids”, Angewandte Chemie International Edition, published online 23 November 2016, DOI: 10.1002/anie.201609036

(2) P. Jadzinsky et al., “Structure of a thiol-monolayer protected gold nanoparticle at 1.1Å resolution“, Science 318, 430 (2007).

(3) V. Marjomäki et al., “Site-specific targeting of  enterovirus capsid by functionalized monodispersed gold nanoclusters“, PNAS 111, 1277 (2014).

KUVA: Kultananoklusterien muodostamia kaksi- ja kolmiulotteisia rakenteita.  Yksittäisen klusterin atomirakenne näytetään ylhäällä vasemmalla.

Suomen Akatemian viestintä  
Tiedottaja Leena Vähäkylä
p. 0295 335 139
leena.vahakyla@aka.fi

Kuvat

Kultananoklusterien muodostamia kaksi- ja kolmiulotteisia rakenteita.  Yksittäisen klusterin atomirakenne näytetään ylhäällä vasemmalla.
Kultananoklusterien muodostamia kaksi- ja kolmiulotteisia rakenteita. Yksittäisen klusterin atomirakenne näytetään ylhäällä vasemmalla.
Lataa

Tietoja julkaisijasta

Suomen Akatemia
Suomen Akatemia
Hakaniemenranta 6, PL 131
00531 HELSINKI

029 533 5000http://www.aka.fi/fi

Suomen Akatemia rahoittaa korkealaatuista tieteellistä tutkimusta, toimii tieteen ja tiedepolitiikan asiantuntijana sekä vahvistaa tieteen ja tutkimustyön asemaa. Vuonna 2017 rahoitamme tutkimusta 437 miljoonalla eurolla. Suomen Akatemia saa osan tutkimusrahoitukseen käyttämistään varoista rahapelitoiminnan voittovaroista.  Vuonna 2017 Akatemia käyttää tieteen edistämiseen rahapelitoiminnasta saatuja varoja 70,7 miljoonaa euroa.

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista jo ennen kuin ne uutisoidaan? Kun tilaat tiedotteemme tältä julkaisijalta, saat ne sähköpostiisi yhtä aikaa suomalaisen median kanssa. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Suomen Akatemia

Suomen Akatemia valitsi hakemukset lippulaivaohjelman jatkoon11.1.2018 10:31Tiedote

Suomen Akatemia on valinnut lippulaivaohjelmahakemuksista kahdeksan vahvinta ehdotusta jatkokäsittelyyn. Valinta tehtiin hakemuksista annettujen asiantuntijalausuntojen pohjalta. Kolmessa jatkoon valitussa hakemuksessa rahoituksen hakijana oli yksi yliopisto ja viidessä useampi kuin yksi yliopisto tai tutkimuslaitos. Hakemukset käsitellään seuraavaksi kahdessa kansainvälisessä asiantuntijapaneelissa, joista toinen arvioi hakemusten tieteellistä tasoa ja toinen tutkimuksen vaikuttavuutta.

Finlands Akademi valde 8 ansökningar vidare till flaggskeppsutlysningens andra steg11.1.2018 10:31Tiedote

Finlands Akademi har idag valt ut åtta ansökningar som går vidare till det andra steget av flaggskeppsprogrammets första utlysning.Ansökningarna valdes på basis av bedömarnas utlåtanden.I tre av de utvalda ansökningarna deltog endast ett universitet och i fem medverkade flera universitet eller forskningsinstitut.I det andra steget bedöms ansökningarna av två internationella expertpaneler; den ena bedömer ansökningarnas vetenskapliga kvalitet och den andra bedömer forskningens genomslag.

Lähes 2 miljoonaa euroa suomalaisvenäläiseen yhteistyöhön arktisen tutkimuksen alalla21.12.2017 15:50Tiedote

(21.12.2017) Suomen Akatemia ja Venäjän perustutkimusrahasto (RFBR) ovat myöntäneet rahoituksen viidelle suomalaisvenäläiselle yhteistutkimushankkeelle arktisen tutkimuksen alalla. Haku järjestettiin Suomen Akatemian arktisen tutkimuksen akatemiaohjelmassa (ARKTIKO). Rahoituksen tavoitteena on tukea korkeatasoista, pitkäjänteistä ja systemaattista tutkimusyhteistyötä sekä tutkimusyhteistyöverkostojen syntymistä ja vahvistumista Suomen ja Venäjän välillä. Kaikissa hankkeissa on tutkimusryhmä sekä Suomesta että Venäjältä. Kumpikin rahoittajaorganisaatio rahoittaa vain omassa maassa tehtävää tutkimusta. Suomen Akatemia osoitti 1,8 miljoonaa euroa hankkeiden suomalaisten tutkimusryhmien rahoittamiseen. Hankkeiden rahoituskausi on kolme vuotta.

Suomeen ennätysmäärä ERC Consolidator Grant -rahoituksia13.12.2017 11:36Tiedote

13.12.2017. Euroopan tutkimusneuvosto ERC on julkistanut tulokset vuoden 2017 Consolidator Grant (CoG) -hausta. Suomeen saatiin kaikkiaan 12 rahoitusta, mikä on yksittäisessä ERC-hakukierroksessa paras tulos Suomelle tähän saakka. Suomen onnistuminen ERC:n rahoitushauissa on hienoisesti parantunut koko EU:n Horisontti 2020 -puiteohjelmakauden ajan. Consolidator Grant -rahoitus on tarkoitettu tutkijanuran keskivaiheessa olevalle ryhmänjohtajalle ainutlaatuisen tutkimushankkeen toteuttamiseksi. Rahoitus on laajuudeltaan 2-2,75 miljoonaa euroa viidelle vuodelle.

Uusi verkkopalvelu aurinkomyrskyjen säteilystä lentomatkustajille4.12.2017 10:45Tiedote

Suomen Akatemian Auringon pitkäaikaisen muutoksen ja vaikutusten tutkimuksen huippuyksikkö ReSoLVE on kehittänyt verkkopalvelun, jolla voi selata ja tutkia Auringon hiukkasmyrskyjen ominaisuuksia. Aineistoa voi selata interaktiivisesti ja tutkia jokaisen havaitun hiukkasmyrskyn ominaisuuksia, esimerkiksi sen aiheuttamia säteilyannoksia lentoliikenteen korkeudella. Verkkopalvelun avulla voi helposti arvioida viime vuosikymmenien aikana tapahtuneiden hiukkasmyrskyjen säteilyannokset. Palvelu on englanninkielinen.

Säteilyilmaisimien kehittämiseen ja tutkimukseen 10 miljoonan rahoitus20.11.2017 14:11Tiedote

Suomen Akatemia on tehnyt päätökset Säteilyilmaisimet terveyden ja turvallisuuden edistämiseksi -akatemiaohjelmassa (RADDESS) rahoitettavista tutkimushankkeista. Ensi vuoden alussa käynnistyvässä RADDESS-tutkimusohjelmassa rahoitetaan hankekonsortioita, jotka etsivät ratkaisuja rohkeilla tutkimusavauksilla uusiin säteilyilmaisinteknologioihin erityisesti terveyden ja turvallisuuden alueilla. Suomen Akatemia rahoittaa ohjelmaa kymmenellä miljoonalla eurolla. Ohjelmassa rahoitetaan 13 hanketta.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki STT Infossa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme