Химики из Макгиллского университета разработали простой и экологичный способ упорядочивания золотых наночастиц в ультратонкие листы, улучшая их оптические свойства. Для этого они использовали белки из вируса, поражающего обычные растения табака. В результате получаются более дешёвые и безопасные материалы для солнечных панелей, датчиков и передовых оптических устройств.
Оптимизация расположения наночастиц
Золотые наночастицы эффективно усиливают оптические сигналы только тогда, когда они расположены на поверхности на строго определённых расстояниях друг от друга. До настоящего времени для создания таких структур требовались агрессивные химические вещества и строго контролируемые лабораторные условия.
Прорыв в Макгиллском университете
Команда учёных из Макгилла модифицировала вирус табачной мозаики так, чтобы он самостоятельно собирался в листы в воде при комнатной температуре, причём наночастицы располагались на нужном расстоянии.
«Если просто нанести наночастицы на поверхность, лишь часть из них случайным образом усилит сигнал, — говорит доцент и соавтор исследования Эми Блум. — Но если их расположить на фиксированном расстоянии, активной станет вся поверхность».
Результаты исследования
В результате был получен наноматериал, который можно производить дешевле и с меньшим воздействием на окружающую среду по сравнению с существующими методами. Исследование опубликовано в журнале Small.
Эми Блум отметила, что эта работа — важный шаг к созданию устойчивых наноматериалов для повседневных технологий.
«Речь идёт об использовании природных строительных блоков для создания более чистых, дешёвых и умных технологий», — сказала исследователь. Для безопасности они не используют активный вирус, а только его оболочку, которая не содержит генетического материала.
Создание основы
Для создания основы команда модифицировала белок вируса, добавив к нему короткую цепь гистидина — по сути, крошечные крючки, которые соединяются с золотыми наночастицами и направляют белки к самоорганизации в ультратонкие листы.
«Мы полагаемся на большое количество очень слабых взаимодействий, — сказала Блум. — Если у меня одно взаимодействие, оно определённо не удержится вместе. Если у меня 15 взаимодействий, оно будет удерживать всё очень жёстко».
Без этой модификации белок имеет тенденцию слипаться. Более слабые взаимодействия, напротив, побуждают белки располагаться ровно, отметила Блум.
Неожиданное открытие
Команда была удивлена, обнаружив, что при определённых условиях листы могут сворачиваться в наноразмерные трубки. Это открывает исследователям путь для изучения возможности использования этих трубок в качестве наноскопических волоконно-оптических кабелей в будущем.
Предоставлено Макгиллским университетом.