科学家首次揭示金纳米颗粒的结构。（图片来源：《科学》杂志）

 

本报讯 纳米颗粒的广泛应用，并不意味着科学家对它们的微观结构已经了如指掌。美国科学家的一项最新研究，首次揭开了科研中经常用到的一种金纳米颗粒的神秘面纱。相关论文以封面文章的形式发表在10月19日的《科学》杂志上。

 

由于金的活动性弱且对空气和光线都不敏感，实验室中常用金纳米颗粒作为示踪剂，比如探测样本中是否存在某种DNA或者蛋白质。为防止不同金纳米颗粒的原子之间形成化学键，科学家经常在金纳米颗粒表面覆盖一层保护性分子层，最常用的是含硫分子团。如果改造这些含硫分子团，使其具有特殊的绑定位点或者荧光标记，观察和区分金纳米颗粒将更加容易。

 

尽管如此，科学家对金纳米颗粒的结构却没有清晰的认识，有人认为金纳米颗粒是胶质的，形状杂乱、大小不一，还有人认为它们是具有同一尺寸和结构的离散分子。

 

在最新的研究中，美国斯坦福大学Roger Kornberg领导的小组成功制备出有单层硫醇保护的金纳米颗粒晶体，并利用X射线结晶学技术，首次对它们的精确结构进行了成像。值得注意的是，制备晶体和确定结构一样，都是突破性的进展。

 

研究人员发现，他们研究的金纳米颗粒由102个金原子和44个硫醇分子组成，其中金原子排列成球状。三维高清图像表明，金纳米颗粒中心的原子排列与金块中相差无几。不过，该中心周围却环绕着两个“盖子”，每个都由15个轻微扭曲的金原子组成。此外，与一些模型中预测硫醇分子团直接与金表面绑定不同，硫醇分子团会与最外层的金原子结成一体，它再与最中心金原子发生微弱的相互作用。

 

研究人员还注意到，金纳米颗粒是手性的，这与金原子和硫醇分子团的排列有关。

 

研究人员认为，新研究有望最终打消人们对纳米颗粒及其毒性的疑虑。美国佐治亚理工学院的Robert Whetten表示，“如果一种物质的组成和结构得到确定，化学家可能会以截然不同的方式对其进行处理。这是一项应该被写入教科书的重要发现。”