Zespół dra hab. Wiktora Lewandowskiego z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, wraz z międzynarodowym zespołem specjalistów z Japonii, Hiszpanii oraz Stanów Zjednoczonych, zgłębił tajniki produkcji nanostruktur poprzez kontrolowaną krystalizację. Przeprowadzone eksperymenty pozwoliły zrozumieć proces porządkowania/dezorganizacji nanostruktur oraz uzyskać materiały o unikatowych właściwościach optycznych. Ze względu na powszechne wykorzystywanie krystalizacji w nanotechnologii, wyniki te mają duże znaczenie dla rozwoju materiałów niezbędnych dla przyszłych generacji sensorów. Wyniki badań uzyskanych dzięki wsparciu projektu FIRST TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej zostały opublikowane w dwóch prestiżowych czasopismach: ACS Nano i JACS.
Pierwsza ze wspomnianych prac przedstawia szczegółową analizę ruchów koloidalnych nanocząstek zawieszonych w cieczy z wykorzystaniem techniki o skomplikowanej nazwie Wet STEM. Jest to metoda wykorzystująca środowiskowy (czyli taki w którym można obserwować ciecz), skaningowy mikroskop elektronowy, która umożliwia obrazowanie ?na żywo? (in situ) z rozdzielczością 100x lepszą niż mikroskopy optyczne! Korzystając z tego typu nowoczesnych urządzeń w ośrodku CICnanoGUNE (San Sebastian, Hiszpania) oraz w Wielkopolskim Centrum Zaawansowanych Technolgii (Poznań, Polska) po raz pierwszy udało się obserwować in situ dynamikę nanoprętów złota z dokładnością do pojedynczych nanocząstek. ?Nanomateriały ze złota o strukturze podobne do lasu, czyli takie, w których wszystkie nanocząstki mają wydłużony kształt i ?stoją? obok siebie jak drzewa, są intensywnie badane ze względu na ich potencjał do zwiększenia czułości sensorów biologicznych. Do tej pory, nasza wiedza na temat uzyskiwania i stabilności takich układów była ograniczona, ponieważ mogliśmy jedynie śledzić uśrednione ruchy tysięcy nanocząstek. Dzięki naszym badaniom mogliśmy lepiej zrozumieć zachowanie pojedynczych nanocząstek i czynników, które wpływają na ich destabilizację?- mówi dr Lewandowski. Praca ta, opublikowana na łamach prestiżowego czasopisma Journal of American Chemical Society, powstała we współpracy z grupą profesora Petra Krala z University of Illinois z Chicago, która specjalizuje się w modelowaniu dynamiki układów molekularnych.
Druga praca dotycząca helikalnych układów nanocząstek złota o właściwościach plazmonowej chiralności, wykonana we współpracy z zespołami prof. Luisa Liz-Marzana z Hiszpanii oraz prof. Hiromi Okamoto z Japonii, została opublikowana w prestiżowym czasopiśmie ACS Nano. W ramach tej pracy badacze wykorzystali opracowaną niedawno metodę kontrolowanej krystalizacji nanocząstek, aby ?zmusić? nanocząstki do tworzenia podwójnych helis (struktura podobna do tej znanej z molekuły życia, DNA), oraz udowodnili niezwykłe właściwości optyczne tych układów. ?Wszyscy wiemy, albo przypomnimy sobie już niedługo wraz z nadejściem zimy, że zamarzanie może prowadzić do pięknych struktur, czego najlepszym przykładem są płatki śniegu. Podobny proces zamarzania, ale prowadzony dla zaprojektowanych przez nas materiałów, pozwala uzyskiwać równie piękne i uporządkowane nanomateriały o budowie helikalnej (spiralnej). Przeprowadzone przez nas badania dowiodły, że poza pięknem, materiały takie mogą charakteryzować się niezwykłymi właściwościami optycznymi, związanymi z chiralnością, czyli możliwość występowania obiektu w dwóch, niemal identycznych postaciach, mających się do siebie jak odbicie lustrzane. Dzięki chiralnemu ułożeniu nanocząstek, oddziaływania ze światłem są dużo silniejsze niż w przypadku najczęściej wykorzystywanych, czysto organicznych materiałów. Nasze prace wpisują się w dynamicznie rosnące potrzeby i wymagana stawiane wobec nowoczesnych metod otrzymywania nanomateriałów. Możliwość relatywnie prostej i skalowalnej produkcji tworzywa posiadającego chiralne właściwości przyczyni się do dalszego rozwoju dziedziny nanomateriałów optycznych i metamateriałów? ? tłumaczy dr Lewandowski.
Oba artykuły zostały opublikowane w otwartym dostępie w ramach umowy dofinansowanej przez MNiSW, zawartej z American Chemical Society przez Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego UW w imieniu konsorcjum polskich instytucji akademickich.
Więcej informacji:
Dr hab. Wiktor Lewandowski ukończył studia magisterskie na Wydziale Biologii i Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, doktorat uzyskał zaś na Wydziale Chemii UW (dyplom z wyróżnieniem). Odbył staże naukowe w Massachusetts Institute of Technology w Bostonie w USA, na Uniwersytecie Mariborskim w Słowenii oraz w CICbiomaGUNE w Hiszpanii. Jest laureatem programów START, INTER i FIRST TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Uzyskał również granty w programach NCN i MNiSW. W 2012 i 2016 roku otrzymał stypendium Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za wybitne osiągnięcia.
