من وجهة نظر كيميائية بحتة، تتميز الجسيمات النانوية بخصائص مختلفة عن نظيراتها الأكبر حجمًا: فهي تتمتع بمساحة سطحية كبيرة مقارنة بكتلتها الصغيرة وتحتوي على عدد صغير من الذرات. قد ينتج عن هذا المزيج تأثيرات كمومية يمكنها تغيير خصائص المواد. على سبيل المثال، قد تنثني المواد الخزفية المصنوعة من الجسيمات النانوية فجأة، أو يتم طلاء كتلة صلبة من الذهب باللون الذهبي بينما تصبح جسيمات الفضة النانوية حمراء.
يتم تحديد الخواص الكيميائية والفيزيائية للجسيمات النانوية وفقًا لتكوينها ثلاثي الأبعاد وبنيتها الذرية وخاصة وفقًا لتكوين سطحها. وفي دراسة أجرتها الباحثة الألمانية مارتا روسيل من جامعة ETH، تم الآن تحديد التركيب ثلاثي الأبعاد للجسيمات النانوية الفردية عند مستواها الذري. يمكن أن تساعد الطريقة المبتكرة في تحسين فهمنا لخصائص الجسيمات النانوية، بما في ذلك نشاطها وسميتها.
لأبحاثهم باستخدام المجهر الإلكتروني، والتي تم نشرها مؤخرًا في مجلة علمية مرموقة طبيعة، قام الباحثون بإعداد جسيمات الفضة النانوية داخل ركيزة من الألومنيوم. تسهل الركيزة طلاء الجسيمات النانوية تحت شعاع الإلكترون في اتجاهات تدفق مختلفة مع حمايتها من التلف الذي قد ينشأ من شدة الشعاع. وكان الشرط الأساسي للبحث هو استخدام مجهر إلكتروني خاص بدقة أقل من خمسين بيكومتراً، عندما يكون قطر الذرة الواحدة حوالي مائة بيكومتر.
ومن أجل توفير المزيد من الحماية للعينة، تم تشغيل المجهر الإلكتروني الخاص، والذي لا يوجد سوى عدد قليل منه في العالم بأكمله، بمستوى جهد تسارع أقل لإنتاج صور ذات دقة ذرية.
على أساس الصور التي تم الحصول عليها، أنتجت الباحثة ساندرا فان آرت من جامعة أنتويرب نماذج تزيد من وضوح الصور وتجعل من الممكن قياسها: الصور الواضحة جعلت من الممكن حساب ذرات الفضة الفردية فعليًا على طول الاتجاهات المختلفة من التهم.
وفي الخطوة التالية، قدمت هذه البيانات معلومات لبناء النموذج الذري للجسيمات النانوية باستخدام خوارزمية رياضية مناسبة. كانت صورتان فقط من بين العديد من الصور المنتجة جيدة بما يكفي لبناء التكوين ثلاثي الأبعاد للجسيم النانوي، الذي يتكون من 784 ذرة. يوضح الباحث: "حتى اليوم، لم يكن من الممكن تمييز ملامح الجسيمات النانوية إلا من خلال الجمع بين العديد من الصور التي تم الحصول عليها من شحنات مختلفة".
يقول أحد الباحثين: "يمكن أن تؤدي طريقتنا إلى تطوير تطبيقات جديدة، مثل توصيف الجسيمات النانوية التي تحتوي على مواد أخرى بكميات متفاوتة". على سبيل المثال، يمكن استخدام هذه الطريقة في المستقبل لتحديد التكوين الأكثر نشاطًا للذرات التي يحصل عليها سطح الجسيمات النانوية، وما إذا كانت تتمتع بالسمية أو القدرة التحفيزية.
