Mikroskop pokazał to, czego nie widzieliśmy
Przełom stał się możliwy dzięki zaawansowanej mikroskopii elektronowej w fazie ciekłej. Ta technika pozwoliła po raz pierwszy obserwować w czasie rzeczywistym, jak setki nanocząstek zachowują się w swoim naturalnym środowisku. Wyniki były zaskakujące, ponieważ dynamika wzrostu okazała się znacznie bardziej złożona niż zakładała klasyczna teoria.
Trajektorie wzrostu zespołów nanocząstek w czasie rzeczywistym i in situ, uzyskane dzięki naszemu eksperymentowi z mikroskopią TEM w fazie ciekłej, zmotywowały profesora Sunga do opracowania nowej teorii rosnących systemów nanocząstek — wyjaśnia jeden z autorów, Jungwon Park
Czytaj też: Niewidzialne cząstki mają większe znaczenie niż sądzono. Odkrycie z Wiednia wywraca fizykę do góry nogami
Klasyczna Teoria Nukleacji, używana od ponad wieku, okazała się zbyt uproszczona. Nowy model bierze pod uwagę sześć kluczowych czynników, które wcześniej pomijano: energię, kształt, degenerację konfiguracyjną, współczynnik dyfuzji monomeru, szybkość asocjacji monomeru na powierzchni oraz ruch i interakcje nanocząstek z otoczeniem. Najciekawszym aspektem jest mechanizm odwrotny do dojrzewania Ostwalda. Teoria sugeruje, że mniejsze cząstki mogą rosnąć, podczas gdy większe się rozpuszczają. To wyjaśniałoby, dlaczego układy nanocząstek osiągają jednolite rozmiary – co do tej pory stanowiło naukową zagadkę.
Teoria ta stanowi fundamentalną zmianę w naszym rozumieniu formowania się nanocząstek i ich ewolucji w czasie — dodaje Taeghwan Hyeon
Praktyczne zastosowania mogą być szerokie
Nową teorię przetestowano już na różnych typach nanocząstek: platynowych, tlenków metali i półprzewodnikowych. Wyniki były spójne w różnych warunkach, co wskazuje na uniwersalność modelu. Może to mieć znaczenie dla projektowania katalizatorów, produkcji półprzewodników czy systemów służących do dostarczania leków. Co ciekawe, badacze widzą zastosowania nawet w medycynie. Jak tłumaczy profesor Jaeyoung Sung, teoria może pomóc zrozumieć procesy agregacji w chorobach neurodegeneracyjnych, w tym w chorobie Alzheimera.
Czytaj też: Historyczny sukces obalił podstawowy dogmat chemii. Przypadkowo stworzyli wodorek złota!
Naukowcy wskazują na potencjał połączenia nowej teorii z uczeniem maszynowym i chemią obliczeniową. Może to otworzyć drogę do projektowania nanocząstek na zamówienie, z precyzyjnie określonymi właściwościami. Brzmi obiecująco, a szczegółowe informacje na temat dokonanego odkrycia zostały opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences. Wydaje się, iż osiągnięty sukces może oznaczać nowy rozdział w nanotechnologii. Po stu latach dominacji jednego modelu nauka zyskuje narzędzie do dokładniejszego opisu świata w skali atomowej. Czas pokaże, czy nowa teoria spełni pokładane w niej nadzieje.