拜罗伊特大学 这项研究的主要作者萨布丽娜·托姆展示了磁性纳米粒子的行为
信用:克里斯蒂安·韦勒
如今，细微分散在悬浮液中的纳米粒子被用于许多领域——例如化妆品、工业催化剂或医学检查的造影剂
拜罗伊特大学的一个研究小组首次成功地精确确定了磁性纳米粒子与其周围液体的相互关系，甚至可以精确到原子水平
事实证明，这主要是一个纳米粒子的晶体结构问题，即它们附近的水分子是如何重新排列的
科学家们在《自然通讯》杂志上发表了他们的发现
在理论和实验研究的基础上，研究团体长期以来一直假设液体团的分子本身围绕着像壳一样的固体纳米粒子
在这些所谓的溶剂化壳层中——在水溶液的情况下，它们也被称为水合壳层——可以区分三到五层，对应于液体分子的排列
然而到目前为止，只有关于这些层的数量和大小的信息是可访问的
因此，与拜罗伊特大学的初级教授米里贾姆·佐贝尔合作的科学家团队在一系列实验中对这些层的原子和分子结构进行了更深入的研究
为此，利用英国的电子同步加速器“钻石光源”进行了高能x光测量
这些研究集中在磁性纳米粒子上，这些纳米粒子目前广泛应用于生物医学，特别是靶向药物释放和磁共振成像
通过这样做，研究人员发现，甚至纳米粒子周围水分子原子之间的距离也可以精确测量
通过这种方式，水分子如何附着在纳米粒子上终于变得显而易见:在某些情况下是通过解离键，在其他情况下是通过分子吸附
“让我们感到惊讶的是，微小磁性氧化铁纳米粒子附近的水就像在宏观层面上的氧化铁表面一样自行排列
我们能够证明液体分子在纳米粒子附近排列的方式主要取决于纳米粒子的晶体结构
相反，在纳米颗粒表面发现的有机小分子不会对液体分子的排列产生直接影响，”项目负责人米里贾姆·佐贝尔解释道
“这些对于进一步的研究及其应用都是重要的见解
因为这些有机分子稳定了纳米粒子，在生物医学应用中，当纳米粒子负载抗体时，这些有机分子充当锚定点
因此，对于这类药物的释放，详细了解这些分子对纳米粒子的特性和行为的影响是至关重要的
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学生塞布丽娜·托姆
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发表在《自然通讯》上的这项研究的主要作者解释道
初级教授米里贾姆·佐贝尔继续说道:“同时，纳米粒子周围溶剂化壳层的研究已经在全世界确立了自己的学科地位
我们确信，我们开发的方法，我们在新的研究中采用的方法，可以更普遍地使用
事实上，在未来，我们将能够在溶剂化科学中获得更多令人兴奋的见解，例如在催化剂和成核领域
" 为了确定溶剂化壳层中液体分子的结构，研究小组围绕着教授
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米里贾姆·佐贝尔使用了一种基于x光的研究方法，称为配对分布函数
一台高性能的x光衍射仪最近被安装在拜罗伊特大学的校园里，该设备将推动这种对纳米科学如此重要的方法的应用
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