Hạt nano vàng: Thuộc tính và ứng dụng

Giới thiệu

 Các hạt nano Colloida lgold đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ bởi các nghệ sĩ do màu sắc rực rỡ được tạo ra bởi sự tương tác của chúng với ánh sáng khả kiến. Gần đây, các tính chất eoptoelectronic uniqu này đã được nghiên cứu và sử dụng trong các ứng dụng công nghệ cao như quang điện hữu cơ, đầu dò cảm giác, tác nhân trị liệu, phân phối thuốc trong các ứng dụng sinh học và y tế, dây dẫn điện tử và xúc tác. Các tính chất quang học và điện tử của các hạt nano vàng có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi kích thước, hình dạng, hóa học bề mặt hoặc trạng thái tập hợp.

Optical & Electronic Properties of Gold nanoparticles (ấn bản 2)

 Các hạt nano Gol tương tác với ánh sáng được quyết định mạnh mẽ bởi môi trường, kích thước và kích thước vật lý của chúng. Các điện trường dao động của tia sáng lan truyền gần một hạt nano keo tương tác với các electron tự do gây ra sự dao động phối hợp của điện tích điện tử cộng hưởng với tần số của ánh sáng nhìn thấy. Những dao động cộng hưởng này được gọi là plasmon bề mặt. Đối với các hạt nano vàng đơn sắc nhỏ (~ 30 nm), ephenomenon cộng hưởng plasmon bề mặt gây ra sự hấp thụ ánh sáng trong phần màu xanh lá cây của quang phổ (~ 450 nm) trong khi ánh sáng đỏ (~ 700 nm) được phản xạ, mang lại màu đỏ đậm. Khi kích thước hạt tăng lên, bước sóng của cộng hưởng plasmon bề mặt liên quan đến sự hấp thụ chuyển sang bước sóng dài hơn, đỏ hơn. Ánh sáng đỏ sau đó được hấp thụ, và ánh sáng xanh được phản xạ, mang lại các dung dịch với màu xanh nhạt hoặc màu tím (Hình 1). Khi kích thước hạt tiếp tục tăng về phía giới hạn số lượng lớn, các bước sóng cộng hưởng plasmon bề mặt di chuyển vào phần hồng ngoại của phổ và hầu hết các bước sóng nhìn thấy được phản xạ, tạo ra các hạt nano có màu sắc rõ ràng hoặc mờ. Cộng hưởng plasmon bề mặt có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi kích thước hoặc hình dạng của các hạt nano, dẫn đến các hạt có tính chất quang học phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

Figure 1. Colors of various sized monodispersed gold nanoparticles

Hiện tượng này cũng được nhìn thấy khi muối dư thừa được thêm vào dung dịch vàng. Điện tích bề mặt của hạt nano vàng trở nên trung tính, khiến hạt nano tập hợp lại. Kết quả là màu của giải pháp thay đổi từ màu đỏ sang màu xanh dương. Để giảm thiểu sự kết tụ, hóa học bề mặt linh hoạt của các hạt nano vàng cho phép chúng được phủ bằng polyme, các phân tử nhỏ và các phân tử nhận dạng sinh học. Sửa đổi bề mặt này cho phép các hạt nano vàng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng hóa học, sinh học, kỹ thuật và y tế. Các tính chất điển hình của hạt nano vàng được trình bày trong Bảng 1.

Table 1Sản phẩm thuộc tính của hạt nano vàng

Đường kính			Máy tách răng hàm (M-1cm-1)	Product Numbers
5 nm	5,47 x 1013	515-520 nm	1,10 x 107	741949 (ổn định bề mặt ) 752568 (PBS)
10 nm	5,98 x 1012	515-520 nm	1,01 x 108	741957 (ổn định bề mặt ) 752584 (PBS)
15 nm	1,64x1012	520	3,67x108	777137 (ổn định bề mặt ) 777099 (PBS)
20 nm	6,54 x 1011	524 nm	9,21 x 108	741965 (ổn định bề mặt ) 753610 (PBS)
30 nm	1,79 x 1011	526 nm	3,36 x 109	741973 (ổn định bề mặt ) 753629 (PBS)
40 nm	7,15 x 1010	530 nm	8,42 x 109	741981 (ổn định bề mặt ) 753637 (PBS)
50 nm	3,51 x 1010	535 nm	1,72 x 1010	742007 (ổn định bề mặt ) 753645 (PBS)
60 nm	1,96 x 1010	540 nm	3,07 x 1010	742015 (ổn định bề mặt ) 753653 (PBS)
80 nm	7,82 x 109	553 nm	7,70 x 1010	742023 (ổn định bề mặt ) 753661 (PBS)
100 nm	3,84 x 109	572 nm	1,57 x 1011	742031 (ổn định bề mặt ) 753688 (PBS)
150 nm	3,60 x 109	Not Measured	-	742058 (ổn định chất hoạt động bề mặt)
200 nm	1,9 x 109	Not Measured	-	742066 (ổn định chất hoạt động bề mặt)
250 nm	7,1 x 108	Not Measured	-	742074 (ổn định chất hoạt động bề mặt)
300 nm	4,5 x 108	Not Measured	-	742082 (ổn định chất hoạt động bề mặt)
400 nm	1,9 x 108	Not Measured	-	742090 (ổn định chất hoạt động bề mặt)

Ứng dụng

Phạm vi ứng dụng cho hạt nano vàng đang phát triển nhanh chóng và bao gồm:

1. Điện tử - Các hạt nano vàng được thiết kế để sử dụng làm chất dẫn từ mực in được đến chip điện tử.¹ Khi thế giới điện tử trở nên nhỏ hơn, hạt nano là những thành phần quan trọng trong thiết kế chip. Các hạt nano vàng nano đang được sử dụng để kết nối với điện trở, dây dẫn và các yếu tố khác của chip điện tử.
2. Liệu pháp quang động - các hạt nano vàng hấp thụ gần IR (bao gồm cả nano vàng và nano) tạo ra nhiệt khi bị kích thích bởi ánh sáng ở bước sóng từ 700 đến 800 nm. Điều này cho phép các hạt nano này loại bỏ các khối u mục tiêu.² Khi ánh sáng được áp dụng cho một khối u chứa hạt nano vàng, các hạt này nhanh chóng nóng lên, tiêu diệt các tế bào khối u trong một điều trị còn được gọi là liệu pháp tăng thân nhiệt.
3. Phân phối đại lý điều trị - Các tác nhân điều trị cũng có thể được phủ lên bề mặt của hạt nano vàng.³ Tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn của hạt nano vàng cho phép bề mặt của chúng được phủ với hàng trăm phân tử (bao gồm điều trị, tác nhân nhắm mục tiêu và polyme chống nấm ).
4. Cảm biến - Các hạt nano vàng được sử dụng trong nhiều cảm biến khác nhau. Ví dụ, một cảm biến đo màu dựa trên các hạt nano vàng có thể xác định xem thực phẩm có phù hợp để tiêu thụ hay không.⁴ phương pháp khác, chẳng hạn như phổ Raman tăng cường bề mặt, khai thác các hạt nano vàng làm chất nền cho phép đo năng lượng dao động của các liên kết hóa học. Chiến lược này cũng có thể được sử dụng để phát hiện protein, chất gây ô nhiễm và các phân tử khác không có nhãn hiệu.
5. Đầu dò - Hạt nano vàng cũng tán xạ ánh sáng và có thể tạo ra một loạt các màu thú vị dưới kính hiển vi trường tối. Các màu sắc rải rác của hạt nano vàng hiện đang được sử dụng cho các ứng dụng hình ảnh sinh học.^{Năm 5} , các hạt nano vàng tương đối dày đặc, làm cho chúng hữu ích như các đầu dò cho kính hiển vi điện tử truyền.
6. Chẩn đoán - Hạt nano vàng cũng được sử dụng để phát hiện dấu ấn sinh học trong chẩn đoán các bệnh tim, ung thư và tác nhân truyền nhiễm.⁶ Chúng cũng phổ biến trong các xét nghiệm miễn dịch dòng chảy bên, một ví dụ phổ biến trong gia đình là xét nghiệm mang thai tại nhà.
7. Xúc tác - Các hạt nano vàng được sử dụng làm chất xúc tác trong một số phản ứng hóa học.⁷ Bề mặt của hạt nano vàng có thể được sử dụng để oxy hóa chọn lọc hoặc trong một số trường hợp, bề mặt có thể làm giảm phản ứng (oxit nitơ). Hạt nano vàng đang được phát triển cho các ứng dụng pin nhiên liệu. Những công nghệ này sẽ hữu ích trong ngành công nghiệp ô tô và màn hình.

Quality Advantage

Kết hợp với Cytodiagnostics, chúng tôi tự hào cung cấp một danh mục lớn các hạt nano vàng được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng công nghệ cao trong các lĩnh vực khoa học sự sống và khoa học vật liệu. Các hạt nano vàng có sẵn với kích thước từ 5 nm đến 400 nm đường kính với nhiều chức năng bề mặt trong nhiều thành phần dung môi.

Trong khi các hạt nano vàng hình cầu được tổng hợp theo truyền thống bằng cách sử dụng các chất khử như natri citrate hoặc natri borohydride, Cytodiagnostics có quy trình và công thức hợp lý dẫn đến việc điều chế các hạt nano vàng hình cầu cao, mà không có tác nhân khử khắc nghiệt. Khi so sánh với các hạt nano vàng khác, các hạt nano này có nhiều lợi thế, bao gồm:

1. Phân bố kích thước hẹp - dựa trên phân tích Dynamic Light Scattering (DLS) và TEM. Mỗi lô được xác minh bằng quang phổ DLS và UV-Vis (Hình 2).

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

 

2. Kích thước và Hình dạng Nhất quán — <10% CV (hệ số phương sai) thậm chí trên 100 nm. Ví dụ về các hạt nano 5 nm và 400 nm được hiển thị dưới đây trong Hình 3.

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

Vàng Nanourchins

Figure 4. TEM of 100 nm Gold NanoUrchins

NanoUrchin vàng có đặc tính quang học độc đáo so với các hạt nano vàng hình cầu có cùng đường kính lõi. Bề mặt không bằng phẳng nhọn gây ra sự dịch chuyển màu đỏ trong đỉnh plasmon bề mặt và sự tăng cường lớn hơn của trường điện từ ở đỉnh của đỉnh NanoUrchin Vàng so với các hạt hình cầu. Ví dụ, 100nm hạt nano vàng hình cầu có đỉnh SPR là 570nm trong khi 100nm NanoUrchins vàng có đỉnh SPR vào khoảng 680nm, hình 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

Hạt nano vàng là vật liệu linh hoạt cho một loạt các ứng dụng với đặc tính vật lý và điện tử đặc trưng rõ ràng do các quy trình tổng hợp phát triển tốt. Ngoài ra, hóa học bề mặt của chúng rất dễ sửa đổi. Những tính năng này đã làm cho các hạt nano vàng trở thành một trong những vật liệu nano được sử dụng rộng rãi nhất cho nghiên cứu học thuật và là một thành phần không thể thiếu trong các thiết bị y tế điểm chăm sóc và các sản phẩm công nghiệp trên toàn thế giới. Sản phẩm hạt nano vàng rộng rãi của chúng tôi, có thể tiếp cận với cộng đồng nghiên cứu toàn cầu, giúp tăng sự áp dụng của họ trong các ứng dụng công nghệ cao.

Tài liệu tham khảo

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

Sản phẩm liên quan

Rất tiếc, đã xảy ra lỗi ngoài dự kiến

Response not successful: Received status code 500