Tutkijat kehittivät nanopartikkeleista kalvon, joka voi auttaa havaitsemaan antibiootteja vedestä

Kaksiulotteiset materiaalit ovat joko yhden tai muutaman atomin paksuisia, ultraohuita mutta lujia materiaaleja. Tutkijat ja teollisuus ovat viime vuosina kiinnostuneet erityisesti nanopartikkelipohjaisista 2D-materiaaleista, joiden odotetaan nousevan avainasemaan esimerkiksi seuraavan sukupolven tietojenkäsittelyssä. Kaupallisiin sovelluksiin on kuitenkin vielä matkaa, koska riittävän ja laadultaan tasaisen materiaalimäärän tuottaminen on ollut haastavaa.

Tampereen yliopiston tenure track -professorin ja Aalto-yliopiston dosentin Nonappan johtama tutkimusryhmä on nyt pystynyt valmistamaan metallinanopartikkeleista suuren yksikerroksisen 2D-kalvon, joka vastaa näihin haasteisiin. Tulokset julkaistiin 2. elokuuta 2022 Small-tiedelehdessä.

– Kalvomme on mekaanisesti kestävä ja se voidaan siirtää mille tahansa alustalle. Valmistustapamme mahdollistaa nopean, skaalautuvan ja tehokkaan laajojen ultraohuiden kalvojen valmistuksen, Nonappa sanoo.

Materiaalin valmistuksessa käytettiin räätälöityjä, tarkasti määritellyn molekyylirakenteen hopeananopartikkeleita. Tutkijatohtori Alessandra Griffo Saarlandin yliopistosta kertoo, että kalvon joustavuus saattaa tehdä siitä hyödyllisen muun muassa puettavassa elektroniikassa ja näytöissä käytettävien joustavien transistorien sekä tallennusvälineiden kehittämisessä.

– Osoitimme kokeellisesti kalvon mekaaniset ominaisuudet, jotka ovat helposti toistettavia ja siten luotettavia.

Tutkimusryhmä on selvittänyt myös kehittämänsä materiaalin soveltuvuutta veden antibioottipitoisuuden tutkimiseen. Nanopartikkelikalvo toimii alustana, jolle vesinäyte laitetaan, minkä jälkeen sitä voidaan tutkia Raman-spektroskopiaksi kutsutulla tehokkaalla analyysimenetelmällä.

– Näin voimme luotettavasti havaita vedestä erittäin pieniäkin antibioottipitoisuuksia, kertoo tutkijatohtori Anirban Som Aalto-yliopistosta.

Seuraavaksi tiimi tutkii, miten sen kehittämät valmistusmenetelmät toimivat muiden nanopartikkelien kanssa. Tarkoitus on hyödyntää tuloksia esimerkiksi ihoa jäljittelevissä materiaaleissa.

Tutkimukseen osallistuivat Nonappan tutkijaryhmä Tampereen yliopistosta, T. Pradeepin tutkijaryhmä IIT Madrasista, Olli Ikkalan ryhmä Aalto-yliopistolta sekä Karin Jacobsin ryhmä Saarlandin yliopistolta. Tutkimus liittyy Suomen Akatemian Fotoniikan tutkimuksen ja innovaatioiden lippulaivaan (PREIN) sekä LIBER-huippuyksikköön.

Tutkimusjulkaisu

Strong and Elastic Membranes via Hydrogen Bonding Directed Self-Assembly of Atomically Precise Nanoclusters.
Anirban Som, Alessandra Griffo, Indranath Chakraborty, Hendrik Hähl, Biswajit Mondal, Amrita Chakraborty, Karin Jacobs, Päivi Laaksonen, Olli Ikkala, Thalappil Pradeep, Nonappa https://doi.org/10.1002/smll.202201707

Tutkimusuutinen Aalto-yliopiston sivuilla