北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种新的计算工具，允许用户以前所未有的细节模拟多功能磁性纳米粒子。这一进展为旨在开发用于从药物输送到传感器技术的应用的磁性纳米粒子的新工作铺平了道路。
“自组装磁性纳米粒子或 MNPs 具有许多理想的特性，”该论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程特聘教授 Yaroslava Yingling 说。“但研究它们一直具有挑战性，因为计算模型一直在努力解释可能影响这些材料的所有力。MNP 受到外部磁场和范德华、静电、偶极、空间、和流体动力学相互作用。”
MNP 的许多应用需要了解纳米粒子在复杂环境中的行为方式，例如使用 MNP 使用外部磁场将特定蛋白质或药物分子递送到受癌症影响的目标细胞。在这些情况下，能够准确地模拟 MNP 如何响应不同的化学环境非常重要。以前研究 MNP 的计算建模技术无法解释 MNP 在给定胶体或生物环境中经历的所有化学相互作用，而是主要关注物理相互作用。
“这些化学相互作用可以在 MNP 的功能以及它们如何对环境作出反应方面发挥重要作用，”该论文的第一作者和博士 Akhlak Ul-Mahmood 说。北卡罗来纳州的学生。“MNP 的详细计算建模很重要，因为模型为我们为特定应用设计 MNP 提供了有效途径。
“这就是为什么我们开发了一种方法来解释所有这些相互作用，并创建了材料科学界可以用来实施它的开源软件。”
“我们乐观地认为，这将促进对多功能 MNP 的重大新研究，”英灵说。
为了证明新工具的准确性，研究人员专注于油酸配体功能化的磁铁矿纳米粒子，这些纳米粒子已经过研究并得到了很好的理解。
“我们发现，我们的工具对这些纳米粒子的行为和性质的预测与我们基于实验观察对这些纳米粒子的了解一致，”Mahmood 说。
此外，该模型还为这些 MNP 在自组装过程中的行为提供了新的见解。
“我们认为演示不仅表明我们的工具有效，而且突出了它可以提供的附加价值，帮助我们了解如何最好地设计这些材料以利用它们的特性，”英灵说。
论文“用于磁性纳米粒子塞曼排列和偶极组装的全原子模拟方法”发表在Journal of Chemical Theory and Computation上。
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