อนุภาคนาโนสีทอง: คุณสมบัติและแอปพลิเคชัน

บทนำ

 อนุภาคนาโน Colloida lgold ถูกนำมาใช้เป็นเวลาหลายศตวรรษโดยศิลปินเนื่องจากสีสดใสที่ผลิตโดยการปฏิสัมพันธ์กับแสงที่มองเห็นได้ เมื่อเร็วๆนี้ คุณสมบัติ uniqu eoptoelectronic เหล่านี้ได้รับการวิจัยและใช้ในการใช้งานเทคโนโลยีชั้นสูงเช่น photovoltaics อินทรีย์, หัววัดประสาทสัมผัส, ตัวแทนการรักษา, การจัดส่งยาเสพติดในการใช้งานทางชีวภาพและทางการแพทย์, ตัวนำไฟฟ้าและการเร่งปฏิกิริยา คุณสมบัติทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ของอนุภาคนาโนสีทองไม่สามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนขนาดรูปร่างเคมีพื้นผิวหรือสถานะการรวม

สมบัติทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ของอนุภาคนาโนทองคำ

 ปฏิสัมพันธ์ของ GOL dnanoparticles กับแสงเป็นอย่างมากกำหนดโดยสภาพแวดล้อมขนาดและมิติทางกายภาพของพวกเขา สนามไฟฟ้าแบบสั่นของการแผ่รังสีแสงใกล้กับอนุภาคนาโนคอลลอยด์มีปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนอิสระทำให้เกิดการสั่นของประจุไฟฟ้าที่สอดคล้องกันซึ่งสะท้อนกับความถี่ของแสงที่มองเห็นได้ การสั่นของเรโซแนนท์เหล่านี้เรียกว่าพลาสมาพื้นผิว สำหรับอนุภาคนาโนสีทองที่มีขนาดเล็ก (~ 30 nm) monodispersse ปรากฏการณ์ resonanc ของ plasmon ทำให้เกิดการดูดซับแสงในส่วนสีฟ้า - เขียวของสเปกตรัม (~ 450 nm) ในขณะที่แสงสีแดง (~ 700 nm) สะท้อนให้เห็นถึงสีแดงที่อุดมไปด้วย เมื่อขนาดอนุภาคเพิ่มขึ้นความยาวคลื่นของการสะท้อนของพื้นผิวจะเปลี่ยนไปเป็นความยาวคลื่นสีแดงที่ยาวขึ้น จากนั้นแสงสีแดงจะถูกดูดซับและแสงสีฟ้าจะสะท้อนออกมาทำให้ได้โซลูชันที่มีสีฟ้าอ่อนหรือสีม่วง (รูปที่ 1) เมื่อขนาดอนุภาคยังคงเพิ่มขึ้นไปยังขีดจำกัดจำนวนมากความยาวคลื่นเสียงสะท้อนพลาสมาพื้นผิวจะเคลื่อนที่เข้าไปในส่วน IR ของสเปกตรัมและความยาวคลื่นที่มองเห็นได้มากที่สุดจะสะท้อนให้เห็นอนุภาคนาโนสีที่ชัดเจนหรือโปร่งแสง สามารถปรับแต่งการสะท้อนพลาสมาบนพื้นผิวได้โดยการปรับขนาดหรือรูปร่างของอนุภาคนาโนซึ่งนำไปสู่อนุภาคที่มีคุณสมบัติทางแสงที่ปรับแต่งสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน

Figure 1. Colors of various sized monodispersed gold nanoparticles

ปรากฏการณ์นี้จะพบได้เมื่อมีการเติมเกลือส่วนเกินลงในสารละลายทอง ค่าพื้นผิวของอนุภาคนาโนสีทองกลายเป็นกลางทำให้อนุภาคนาโนรวม ดังนั้นสีของสารละลายจะเปลี่ยนจากสีแดงเป็นสีน้ำเงิน เพื่อลดการรวมตัวเคมีพื้นผิวอเนกประสงค์ของอนุภาคนาโนทองคำช่วยให้สามารถเคลือบด้วยโพลิเมอร์โมเลกุลขนาดเล็กและโมเลกุลการรับรู้ทางชีวภาพ การปรับเปลี่ยนพื้นผิวนี้ช่วยให้อนุภาคนาโนสีทองถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในด้านเคมีชีวภาพวิศวกรรมและการใช้งานทางการแพทย์ คุณสมบัติทั่วไปของอนุภาคนาโนทองจะนำเสนอใน ตารางที่ 1

การใช้งาน

ช่วงของการใช้งานสำหรับอนุภาคนาโนทองมีการเติบโตอย่างรวดเร็วและรวมถึง:

1. อิเล็กทรอนิกส์ - อนุภาคนาโนทองถูกออกแบบมาสำหรับใช้เป็นตัวนำจากหมึกพิมพ์ไปยังชิปอิเล็กทรอนิกส์¹ เนื่องจากโลกของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีขนาดเล็กอนุภาคนาโนจึงเป็นส่วนประกอบสำคัญในการออกแบบชิป อนุภาคนาโนสีทองนาโนถูกนำมาใช้ในการเชื่อมต่อตัวต้านทานตัวนำและองค์ประกอบอื่นๆของชิปอิเล็กทรอนิกส์
2. Photodynamic Therapy - near-IR ดูดซับอนุภาคนาโนสีทอง (รวมถึงนาโนเชลล์สีทองและนาโน) สร้างความร้อนเมื่อถูกกระตุ้นด้วยแสงที่ความยาวคลื่นตั้งแต่ 700 ถึง 800 นาโนเมตร ซึ่งจะช่วยให้อนุภาคนาโนเหล่านี้สามารถกำจัดเนื้องอกที่เป็นเป้าหมายได้² เมื่อนำแสงไปใช้กับเนื้องอกที่มีอนุภาคนาโนสีทองอนุภาคจะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วฆ่าเซลล์เนื้องอกในการรักษาหรือที่เรียกว่าการรักษาด้วย hyperthermia
3. การจัดส่งตัวแทนการรักษา - ตัวแทนการรักษายังสามารถเคลือบลงบนพื้นผิวของอนุภาคนาโนทอง³ อัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรขนาดใหญ่ของอนุภาคนาโนสีทองช่วยให้พื้นผิวของพวกเขาสามารถเคลือบด้วยหลายร้อยโมเลกุล (รวมถึงการบำบัด, ตัวแทนการกำหนดเป้าหมายและโพลิเมอร์ป้องกันการเปรอะเปื้อน)
4. เซนเซอร์ - อนุภาคนาโนสีทองถูกนำมาใช้ในเซนเซอร์ที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่นเซนเซอร์วัดสีที่ใช้อนุภาคนาโนสีทองสามารถระบุได้ว่าอาหารเหมาะสมกับการบริโภคหรือไม่⁴ วิธีการอื่นๆเช่นพื้นผิวที่เพิ่มขึ้น spectroscopy รามันใช้ประโยชน์จากอนุภาคนาโนทองเป็นพื้นผิวเพื่อให้สามารถวัดพลังงานสั่นสะเทือนของพันธะเคมี กลยุทธ์นี้ยังสามารถใช้สำหรับการตรวจจับโปรตีนสารมลพิษและโมเลกุลอื่นๆที่ไม่มีฉลาก
5. โพรบ - อนุภาคนาโนทองยังกระจายแสงและสามารถผลิตอาร์เรย์ของสีที่น่าสนใจภายใต้กล้องจุลทรรศน์พื้นที่มืด สีที่กระจายอยู่ของอนุภาคนาโนสีทองในปัจจุบันถูกนำมาใช้สำหรับการประยุกต์ใช้ในการสร้างภาพทางชีวภาพ⁵ นอกจากนี้อนุภาคนาโนสีทองมีความหนาแน่นค่อนข้างมากทำให้มีประโยชน์เป็นโพรบสำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนส่ง
6. การวินิจฉัย - อนุภาคนาโนทองคำยังใช้ในการตรวจจับตัวบ่งชี้ทางชีวภาพในการวินิจฉัยโรคหัวใจมะเร็งและสารติดเชื้อ⁶ นอกจากนี้ยังพบได้ทั่วไปใน immunoassays ไหลด้านข้างซึ่งเป็นตัวอย่างครัวเรือนทั่วไปที่ใช้ในการทดสอบการตั้งครรภ์ที่บ้าน
7. การเร่งปฏิกิริยา - อนุภาคนาโนทองคำถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาทางเคมีจำนวนมาก⁷ พื้นผิวของอนุภาคนาโนสีทองสามารถใช้สำหรับการเกิดออกซิเดชันที่เลือกหรือในบางกรณีพื้นผิวสามารถลดปฏิกิริยา (ไนโตรเจนออกไซด์) อนุภาคนาโนสีทองกำลังได้รับการพัฒนาสำหรับการใช้งานเซลล์เชื้อเพลิง เทคโนโลยีเหล่านี้จะมีประโยชน์ในอุตสาหกรรมยานยนต์และการแสดงผล

Quality Advantage

ร่วมกับ Cytodiagnostics เรามีความภูมิใจที่จะนำเสนอผลงานอันหลากหลายของอนุภาคนาโนทองคำที่เหมาะสำหรับการใช้งานเทคโนโลยีชั้นสูงภายในสาขาวิทยาศาสตร์สิ่งมีชีวิตและวิทยาศาสตร์วัสดุ อนุภาคนาโนสีทองมีอยู่ในขนาดตั้งแต่ 5 นาโนเมตรถึง 400 นาโนเมตรในเส้นผ่าศูนย์กลางที่มีฟังก์ชั่นพื้นผิวมากมายในองค์ประกอบตัวทำละลายที่หลากหลาย

ในขณะที่อนุภาคนาโนสีทองทรงกลมถูกสังเคราะห์โดยใช้สารลดเช่น โซเดียมซิเตรต หรือ โซเดียมโบรอไฮไดรด์ Cytodiagnostics มีกระบวนการที่เหมาะสมและสูตรที่นำไปสู่การเตรียมอนุภาคนาโนสีทองทรงกลมสูงโดยไม่ต้องใช้สารลดแรง เมื่อเทียบกับอนุภาคนาโนทองคำอื่นๆอนุภาคนาโนเหล่านี้มีข้อดีหลายประการได้แก่:

1. การกระจายขนาดแคบ - อ้างอิงจากการวิเคราะห์ Dynamic Light Scattering (DLS) และ TEM แต่ละชุดจะได้รับการตรวจสอบโดย DLS และ UV-Vis spectroscopy (รูปที่ 2)

Figure 2. DLS & UV-Vis spectra showing precise gold nanoparticles from Cytodiagnostics.

 

2. ขนาดและรูปร่างที่สอดคล้องกัน — < ร้อยละ 10 CV (ค่าสัมประสิทธิ์ความแปรปรวน) แม้สูงกว่า 100 นาโนเมตร ตัวอย่างอนุภาคนาโน 5 nm และ 400 nm แสดงอยู่ด้านล่างใน รูปที่ 3

Figure 3. TEM images of 5 nm (left) and 400 nm (right) gold nanoparticles with <8% CV.

ทองนานชีน

Figure 4. TEM of 100 nm Gold NanoUrchins

ทอง NanoUrchins มีคุณสมบัติทางแสงที่ไม่ซ้ำกันเมื่อเทียบกับอนุภาคนาโนสีทองทรงกลมที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางแกนเดียวกัน พื้นผิวที่ไม่สม่ำเสมอทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสีแดงในจุดสูงสุดของพลาสมอนพื้นผิวและการเพิ่มประสิทธิภาพของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปลายแหลม NanoUrchin ทองเมื่อเทียบกับอนุภาคทรงกลม ตัวอย่างเช่นอนุภาคนาโนสีทองทรงกลมขนาด 100 นาโนเมตรมีจุดสูงสุด SPR ที่ 570 นาโนเมตรในขณะที่ NanoUrchins สีทองขนาด 100 นาโนเมตรมีจุดสูงสุด SPR ที่ประมาณ 680 นาโน เมตรรูปที่ 4

Figure 5. Left - UV-VIS spectra of 100 nm Gold NanoUrchins (blue) and 100 nm standard gold nanoparticles (green). Note the red-shift in the SPR-peak. Right - UV-VIS spectra of Gold NanoUrchins ranging in size from 50 nm to 100 nm in diameter.

Outlook

อนุภาคนาโนสีทองเป็นวัสดุอเนกประสงค์สำหรับการใช้งานที่หลากหลายด้วยคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และทางกายภาพที่โดดเด่นเนื่องจากกระบวนการสังเคราะห์ที่พัฒนามาอย่างดี นอกจากนี้เคมีพื้นผิวของพวกเขายังง่ายต่อการปรับเปลี่ยน คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้อนุภาคนาโนทองเป็นหนึ่งในวัสดุนาโนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับการวิจัยทางวิชาการและเป็นส่วนประกอบสำคัญในอุปกรณ์การแพทย์และผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมที่จุดดูแลผู้ป่วยทั่วโลก การนำเสนออนุภาคนาโนสีทองที่หลากหลายของเราซึ่งเข้าถึงได้โดยชุมชนการวิจัยระดับโลกทำหน้าที่เพิ่มการนำไปใช้ในแอปพลิเคชันที่มีเทคโนโลยีสูง

ข้อมูลอ้างอิง

1. Huang D, Liao F, Molesa S, Redinger D, Subramanian V. 2003. Plastic-Compatible Low Resistance Printable Gold Nanoparticle Conductors for Flexible Electronics. J. Electrochem. Soc.. 150(7):G412. https://doi.org/10.1149/1.1582466

2. Stuchinskaya T, Moreno M, Cook MJ, Edwards DR, Russell DA. 2011. Targeted photodynamic therapy of breast cancer cells using antibody?phthalocyanine?gold nanoparticle conjugates. Photochem. Photobiol. Sci.. 10(5):822. https://doi.org/10.1039/c1pp05014a

3. Brown SD, Nativo P, Smith J, Stirling D, Edwards PR, Venugopal B, Flint DJ, Plumb JA, Graham D, Wheate NJ. 2010. Gold Nanoparticles for the Improved Anticancer Drug Delivery of the Active Component of Oxaliplatin. J. Am. Chem. Soc.. 132(13):4678-4684. https://doi.org/10.1021/ja908117a

4. Ali ME, Mustafa S, Hashim U, Che Man YB, Foo KL. 2012. Nanobioprobe for the Determination of Pork Adulteration in Burger Formulations. Journal of Nanomaterials. 20121-7. https://doi.org/10.1155/2012/832387

5. Perrault SD, Chan WCW. 2010. In vivo assembly of nanoparticle components to improve targeted cancer imaging. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107(25):11194-11199. https://doi.org/10.1073/pnas.1001367107

6. Peng G, Tisch U, Adams O, Hakim M, Shehada N, Broza YY, Billan S, Abdah-Bortnyak R, Kuten A, Haick H. 2009. Diagnosing lung cancer in exhaled breath using gold nanoparticles. Nature Nanotech. 4(10):669-673. https://doi.org/10.1038/nnano.2009.235

7. Thompson DT. 2007. Using gold nanoparticles for catalysis. Nano Today. 2(4):40-43. https://doi.org/10.1016/s1748-0132(07)70116-0