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

Vanhempien vaikutus nuorten hyvinvointiin vielä odotettua suurempaa12.10.2017 13:05Tiedote

Tuoreen tutkimuksen mukaan se, että vanhemmat tukevat nuorten autonomiaa, edistää nuorten hyvinvointia kaikissa keskeisissä koulusiirtymissä: siirryttäessä alakoulusta yläkouluun, peruskoulusta toiselle asteelle ja lukiosta yliopistoon. Professori Katariina Salmela-Aron mukaan äitien ja isien nuorten autonomian tukeminen ehkäisi nuorten masennusta kaikissa kolmessa siirtymässä ja lisäsi nuorten itsearvostusta kahdessa jälkimmäisessä siirtymässä. Tutkimus on tehty Suomen Akatemian rahoituksella.

Grafeeni taottiin kolmiulotteiseksi26.9.2017 14:23Tiedote

Tutkimusryhmät Jyväskylän yliopistosta ja Taiwanista ovat keksineet menetelmän, jonka avulla grafeenia, eli yhden atomin paksuista hiilikalvoa voidaan muotoilla kolmiulotteiseksi lasersäteilyn avulla. Tutkijat osoittivat tämän valmistamalla grafeenista pyramidin, jonka korkeus oli 60 nanometriä, eli noin 200 kertaa suurempi kuin grafeeniseinämän paksuus. Pyramidi oli niin pieni, että se mahtuisi helposti hiuksen pinnalle. Jyväskylän osuus on tehty Suomen Akatemian rahoituksella.

Strategisen tutkimuksen neuvosto valitsi hankkeet uusiin tutkimusohjelmiin11.9.2017 16:24Tiedote

Tutkimuskokonaisuudet kolmeen uuteen strategisen tutkimuksen ohjelmaan on valittu. Muuttuvat hallinnan tavat ja aktiivinen kansalaisuus, Sopeutuminen kestävän kasvun edellytyksenä ja Kestävän kasvun avaimet -ohjelmissa aloittaa kolmetoista tutkimuskonsortiota. Rahoitettavat tutkimushankkeet valittiin ohjelmiin hakemusten yhteiskunnallisen merkityksen, vaikuttavuuden ja tutkimuksellisen laadun perusteella. Strategisen tutkimuksen neuvosto teki päätökset ohjelmissa rahoitettavista konsortioista kokouksessaan 11.9.2017.

Rådet för strategisk forskning valde 13 projekt till sina nya forskningsprogram11.9.2017 16:24Tiedote

Rådet för strategisk forskning (RSF) vid Finlands Akademi har idag valt ut de forskningskonsortier som ska finansieras inom RSF:s tre nya program. I programmen Föränderlig förvaltning och aktivt medborgarskap, Anpassning som förutsättning för hållbar tillväxt och Nycklar till hållbar tillväxt ingår totalt 13 konsortier. Konsortierna utplockades på basis av samhällelig relevans, genomslag och forskningskvalitet.

Tutkijat selvittävät Itämeren ravintoverkkojen muutosten vaikutusta meren kestävään käyttöön15.8.2017 10:02Tiedote

BONUS BLUEWEBS -hankkeessa uusilla, innovatiivisilla tutkimusmenetelmillä kuten Big Data -analytiikalla saadaan entistä tarkempaa tietoa Itämeren ekosysteemin muuttuvista ravintoverkoista. Tämä tieto on välttämätöntä, jotta mereen perustuva taloudellinen kasvu, niin sanottu sininen kasvu, olisi kestävällä pohjalla. Hanke on osa monikansallista BONUS-ohjelmaa, jota Suomessa rahoittaa Suomen Akatemia.

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