خواص نانوذرات طلا

زمینه

نانوذرات طلا (طلا کلوئیدی) به دلیل خاصیت نوری منحصر به فرد برای کاربردهای مختلف در زیست شناسی (به عنوان مثال تصویربرداری زیستی) و فناوری (به عنوان مثال فوتونیک) به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. این خواص با تعامل نور با الکترون های روی سطح نانوذرات طلا به دست می آید. در طول موج خاص (فرکانس) نور ، نوسان جمعی الکترونها روی سطح نانوذرات طلا باعث ایجاد پدیده ای به نام رزونانس پلاسمون سطح (شکل 1) و در نتیجه انقراض شدید نور (جذب و پراکندگی) می شود. طول موج خاص ، یا فرکانس نور از نور که در آن رخ می دهد ، به اندازه ، شکل ، سطح و سطح جمع شدن نانوذرات وابسته است که در جزئیات بیشتر در زیر توضیح داده شده است.

سطح پلاسمون رزونانس - نانوذرات طلا

شکل 1. مبانی رزونانس پلاسمونی سطح موضعی (LSPR) نانوذرات طلا به دلیل نوسان جمعی الکترونهای سطح با نور حادثه در طول موج خاص.

اندازه نانوذرات طلا

تأثیر اندازه نانوذرات طلای روی رزونانس پلاسمون سطح در شکل 2 نشان داده شده است که در آن حداکثر جذب (حداکثر لامبدا) از 520nm به 570nm برای Cytodiagnostics 20nm و 100nm نانوذرات طلا کروی افزایش می یابد. ذرات با اندازه های بالاتر از 100 نانومتر قله های وسیع تری دارند که به دلیل وجود تشدید سطح مقطع عرضی و طولی پلاسمون ، در محدوده 600 نانومتری قرار دارد. در مقایسه ، نانوذرات طلا با قطرهای کمتر از 2 نانومتر ، رزونانس پلاسمون سطح را نشان نمی دهند.

تفاوت در انقراض بین نانوذرات طلای اندازه های مختلف می تواند به راحتی برای چند برابر استفاده شود.

جذب نانوذرات طلا

شکل 2. رزونانس پلاسمون سطح وابسته به اندازه نانوذرات طلا. توجه داشته باشید که با افزایش اندازه نانوذرات طلای ، تغییر رنگ قرمز حداکثر تغییر می کند.

شکل نانوذرات طلا

تعیین کننده اصلی خصوصیات نوری نانوذرات طلا شکل آنها است. با سنتز نانوذرات طلا از اشکال مختلف ، رزونانس پلاسمون سطحی به راحتی تنظیم می شود تا حداکثر جذب از حدود 500nm به قسمت نزدیک مادون قرمز طیف برسد. به عنوان نمونه ، طلای كروی كروی Cytodiagnostics دارای حداكثر جذب بین 515-570 نانومتر است ، همانطور كه ​​در بالا توضیح داده شد ، در حالی كه ذرات با فرم نامنظم مانند نانوداوهای طلا و نانوذرات طلای به فرم خارپشت (كه به آن نیز نانوستارهای طلا گفته می شود) حداكثر جذب را در منطقه نزدیك مادون قرمز دارند. طیف ها ، شکل 3. برای سنتز نانوذرات طلا با اشکال نامنظم لطفا با ما تماس بگیرید.

تفاوت در خواص جذب بین نانوذرات طلای کروی و نامنظم با اندازه متوسط ​​یکسان ، در اثر توزیع ناهمسانگرد (ناهموار) لایه های الکترون سطح ایجاد می شود.

نانوذرات طلای کروی در مقابل شکل نامنظم - جذب

شکل 3. (بالا) رزونانس پلاسمون سطح موضعی وابسته به شکل نانوذرات طلا همانطور که توسط ظاهر بصری و طیف UV-VIS از نانوذرات کروی (A) ، و خاکستری شکل (B) نانوذرات طلا (نانوستارهای طلا) نشان داده شده است. (پایین) طیفهای جذب برای نانوداوهای طلا با سه نسبت ابعاد مختلف. توجه داشته باشید که وجود دو قله جذب ، که در اثر تشدید سطحی عرضی و طولی پلاسمون ایجاد می شود.

نانوذرات طلای شکل (تند و تیز) از جنس خارپشت (نانواستارهای طلایی) به دلیل داشتن پس زمینه کاهش یافته ، و نفوذ بیشتر نور نزدیک به مادون قرمز از طریق بافتهای بیولوژیکی نسبت به ذرات کروی در برنامه های مبتنی بر داخل بدن ترجیح داده می شوند. همچنین ، نانوذرات طلای شکل نامنظم به دلیل تقویت میدان الکترومغناطیسی روی سطح ناشی از ذرات شکل نامنظم ، سیگنال بالاتری را در طیف سنجی رامان سطح بالا (SERS) نشان می دهند. در مقایسه ، ذرات کروی برای استفاده در پروتکل مانند پروتکل های نقطه ای-نقطک ایمونوگلد (شکل 4 در زیر مراجعه کنید) و تست های سریع جریان جانبی ایده آل هستند.

نانوذرات نقطه بلات

شکل 4. روش لکه ایمونو نقطه ای که تفاوت در شکل (رنگ) را برای سه نوع مختلف ترکیبات پروتئین نجیب نشان می دهد که از نظر شکل و ترکیب متفاوت هستند.

تجمع نانوذرات طلا

همانطور که گفته شد ، حالت تجمع نانوذرات طلا بر خواص نوری آنها تأثیر دارد. این واقعیت را می توان برای نظارت بر ثبات نانوذرات طلا ، هم با گذشت زمان ، و هم با افزودن بافرهای حاوی نمک ، که در غلظت های کافی زیاد باعث تجمع ذرات می شوند ، شکل 5. تغییر قرمز در حداکثر جذب ناشی از تجمع یا ذرات موجود در آن است. مجاورت نزدیک ، با موفقیت در بسیاری از روشها به عنوان مکانیسم تشخیص استفاده شده است.

تجمع نانوذرات طلا - NaCl

شکل 5. ظاهر بصری و طیف UV-VIS از مونودیسپرس (A) و کلرید سدیم (NaCl) ناشی از تراکم (B) نانوذرات طلای 15 نانومتری.

جدول I. خلاصه ای از خصوصیات نوری و فیزیکی نانوذرات طلای Cytodiagnostics در اندازه های مختلف.