鲁尔大学的化学家研究溶液中单个纳米粒子的行为。图片来源：克莱默，波鸿鲁尔大学

位于德国境内北莱茵威斯特法伦州的一所知名大学，波鸿鲁尔大学的化学家们开发了一种新的方法，这种方法可以实时观察单个纳米银粒子的化学反应，该方法测量精度能达到人类头发厚度的千分之一。由于这种微粒的抗菌和抗炎作用，它们被用于医药、食品和运动用品等领域。然而，它们在生态和生物系统中的反应和退化机制目前仍是一个谜，单个纳米粒子的研究就显得非常必要。电化学和纳米材料研究组的研究表明，这种纳米粒子在一定条件下会转化为难溶解的氯化银微粒。由Kristina Tschulik博士领导的团队于2018年7月11日，将该研究的结果发表在美国化学学会杂志上。

自然环境中的测量

目前，即使在明确的实验室条件下，对纳米银粒子反应的研究也产生了不同的、有时甚至相互矛盾的结果。“在每一批纳米粒子中，单个粒子的性质如大小和形状都会变化，”精英计划RESOLV集群成员Kristina Tschulik博士说。“在之前的研究中，我们面对的对象都是大量粒子整体，这就意味着单个粒子变化带来的影响不能被记录下来。而且之前的研究人员实验测量环境只能是高真空，而不是自然条件下的水溶液。”

因此，由KristinaTschulik领导的研究小组开发了一种方法，这使得单个银离子在自然条件下的观察成为可能。研究人员解释说：“我们的目标是能够记录单个粒子的反应”。这需要电化学和光谱分析法相结合。利用光学和高光谱暗场显微镜，该团队观察到了明显可见且着色的单个纳米粒子像素点。研究人员利用像素颜色的变化，或者更准确地说，利用它们的光谱信息，能够实时跟踪电化学实验中发生的情况。

粒子的退化速度减慢

在实验中，研究小组再现了在氯离子环境中银的氧化，这种氧化在生态和生物系统中十分常见。“到目前为止，人们普遍认为银微粒以银离子的形式溶解，” Kristina Tschulik博士这样描述。然而，即使溶液中只有少量的氯离子，在实验中还是形成了难溶解的氯化银。

“这极大地延长了纳米粒子的寿命，它们的分解速度也变得出奇的缓慢”，Tschulik总结道，“这对水体和生物也有着同样重要的影响。因为这种机制可能使得重金属银局部积累，导致许多生物中毒。”

计划的进一步发展

这个来自波鸿鲁尔大学的研究小组希望进一步改进他们分析单个纳米粒子的技术，以便更好地了解这些粒子的退化机制。因此，研究人员希望在未来更多的了解银粒子的生物相容性，以及催化活性纳米粒子的寿命和退化机制。

文章来源：sciencedaily