美开发新技术快速描绘“双面”纳米粒子属性

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2011/09/29

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物理知识

据美国物理学家组织网9月26日报道，美国范德堡大学化学家开发出一种先进方法，能迅速精确地描绘出雅努斯（Janus）纳米粒子的化学属性，为评价其应用效果、改进制备方法提供了有效工具。发表在本月德国《应用化学》杂志上的研究论文对雅努斯纳米粒子在应用方面的主要障碍进行了分析。

Janus本意为古罗马的“双面神”，法国物理学家德热纳（De Gennes）在1991年诺贝尔奖颁奖大会上首次用它来描述一类由两半球面组成且具有两种截然不同化学性质的粒子。两面性让这种粒子能形成特殊结构，合成新型材料，比单一性质的纳米粒子拥有更多潜能，因而在药物递送、生物传感、太阳能电池、工业催化剂以及视频播放器等领域具有广泛应用前景。比如，它的一面可以结合药物分子，而另一面黏附连接分子与标靶细胞结合。当它的两个面是完整分开的两个半球时，这种优势更加明显。

雅努斯粒子越小，就越难绘制出它们的表面结构，不但给制备带来了很大困难，也很难评价它们在各种应用中的效果。对较大的纳米粒子而言（约10纳米），可以用扫描电子显微镜来绘制它们的表面结构，帮助生产出两面完整分开的雅努斯粒子。但如果粒子小于10纳米，这种方法就会失效。而仅几个纳米大小的雅努斯粒子和单个蛋白质相仿，是最有潜力的药物递送工具。

在此项研究中，范德堡大学副教授大卫-克利菲尔等人采用了能同时识别上千种单个纳米粒子的离子迁移质谱仪。他们将两种不同的化合物涂在一些金纳米粒子表面，然后把这些纳米粒子分裂成由4个金原子组成的原子团，再让这些碎片通过离子迁移质谱仪。两个涂层的分子仍黏附在原子团上，由此，通过分析最后的图样，研究人员能对这些纳米粒子进行识别，区分开哪些粒子的双涂层完整分开，哪些粒子的双涂层随机混合，哪些的分开程度中等。

克利菲尔说：“目前除了用X射线晶体摄影术，还没有其他方法可以分析这种级别的纳米粒子。但X射线晶体摄影非常困难，要花几个月才能获得一个结构图。”另一位研究人员约翰·麦卡林也指出，离子迁移质谱仪在精确性方面虽然比不上X射线晶体摄影术，但非常实用，几秒钟内就能获得纳米粒子的结构信息。