Tutkimuksen kohteena olevilla nanometrien kokoisilla kultapartikkeleilla on mielenkiintoisia sovelluskohteita esimerkiksi katalyytteinä, sensoreina, lääkeaineen kuljettimina ja molekyylielektroniikan komponentteina. Näissä partikkeleissa on kullasta koostuva ydinosa, jonka pinnalla on suojamolekyylien kerros. Suojakerros koostuu ns. ligandimolekyyleistä, jotka ovat tavallisimmin rikkiä ja orgaanista hiiltä sisältäviä tiolimolekyylejä, joiden rikkipää sitoutuu kemiallisesti kultaan.

Pintaa suojaavasta molekyylikerroksesta on kuitenkin ollut erittäin haastavaa saada tarkkaa rakenneinformaatiota.

Tähän asti lähes kaikki tieto partikkelien rakenteista on perustunut kiinteässä olomuodossa kiteeseen pakkautuneiden partikkelien rakenneanalyysiin röntgenkristallografian menetelmien avulla, mutta nyt julkaistussa tutkimuksessa selvitettiin aiemmin valmistetun kulta-102 -partikkelin ligandikerroksen rakenne ja dynamiikka vesiympäristössä käyttäen useiden eri menetelmien yhdistelmää.

Kokeellinen perustieto saatiin ydinmagneettiseen resonanssiin perustuvasta spektroskopiamenetelmästä, jolla saatua informaatiota tulkittiin tiheysfunktionaaliteoriaan ja molekyylidynamiikkamenetelmään perustuvien simulaatioiden avulla. Au102-partikkelista on aiemmin julkaistu kiinteän olomuodon atomirakenne, mitä apuna käyttäen voitiin tehdä lopullinen magneettiresonanssimittauksen tulkinta.

Tuloksena saatu mallinnoskuva Au102-nanopartikkelin kiderakenteesta on otsikkokuvana. 

Tätä kultapartikkelimateriaalia on käytetty aiemminkin Jyväskylän Nanotiedekeskuksessa muun muassa virusten pintarakenteiden tutkimiseen.

”Kun tiedämme nyt tarkasti, kuinka Au102-partikellin ligandikerros käyttäytyy vedessä, voimme ymmärtää paljon paremmin sitä, miten partikkeli vuorovaikuttaa biologisen materiaalin kanssa", kuvailee tutkimusta johtanut akatemiaprofessori Hannu Häkkinen Nanotiedekeskuksesta.

Tutkimuksessa olivat mukana myös Kirsi Salorinne, Sami Malola ja Xi Chen Jyväskylän yliopistosta sekä O. Andrea Wong, Christopher D. Rithner ja Christopher J. Ackerson Coloradon osavaltion yliopistosta.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -sarjassa 21.1.2016.

Suomen osuus on tehty Suomen Akatemian rahoituksella ja tutkimuksen laskennallinen osuus tehtiin Tieteen tietotekniikan keskuksen tarjoamilla superkoneresursseilla.

Artikkeli perustuu Suomen Akatemian lähettämään tiedotteeseen.