Aur coloidal

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Suspensii de aur coloidale. Pe măsură ce se modifică dimensiunea nanoparticulelor, se schimbă și culoarea suspensiei.

Aurul coloidal este o suspensie coloidală de particule sub- micrometrice de aur într-un fluid, de obicei apă. [1] Lichidul capătă o culoare roșie intensă (pentru particulele mai mici de 100 nm ) sau o culoare galbenă murdară (pentru particulele mai mari). [2] [3] Nanoparticulele de aur pot lua diferite forme; cele mai frecvente sunt sferele, bețele, cuburile și capacele.

Cunoscută din cele mai vechi timpuri, sinteza aurului coloidal a fost folosită inițial pentru a produce și sticlă colorată . Cunoașterea științifică a aurului coloidal începe în 1850 cu opera lui Michael Faraday . [4] [5] Nanoparticulele de aur fac obiectul unor cercetări intense pentru proprietățile lor de recunoaștere optică, electronică și moleculară. Aplicațiile posibile variază în diverse domenii, cum ar fi electronica , nanotehnologia [6] [7] și sinteza de noi materiale cu proprietăți unice.

fundal

Un așa-numit elixir al vieții , o poțiune preparată cu aur , a fost discutată în cele mai vechi timpuri, dar probabil niciodată pregătită. Aurul coloidal a fost folosit din cele mai vechi timpuri romane pentru a colora sticla cu nuanțe de galben, roșu sau mov, în funcție de concentrația aurului.

În secolul al XVI-lea, alchimistul Paracelsus a susținut că a creat o poțiune numită Aurum Potabile . În secolul al XVII-lea, procesul de colorare a sticlei a fost perfecționat de Andreas Cassius și Johann Kunchel ; de atunci denumirea „ Cassius purple ” a început să fie folosită pentru pigmentul roșu-violet care conține aur coloidal. Pentru o lungă perioadă de timp compoziția Cassius violet a ramas necunoscut, iar mulți chimiști suspectat că a fost un compus aur-staniu, deoarece SnCl2 este folosit ca agent de reducere în preparat. [8] [9]

În 1842 John Herschel a inventat un proces fotografic numit crisotip (din cuvântul grecesc pentru aur, krysos ) care a folosit aurul coloidal pentru a înregistra imaginea pe hârtie. Se știe că opera lui Paracelsus l-a inspirat pe Michael Faraday să pregătească prima probă pură de aur coloidal în 1857, pe care a numit-o „aur activat”. Faraday a folosit fosfor pentru a reduce o soluție de clorură de aur și a fost primul care a înțeles că culoarea se datorează dimensiunii foarte mici a particulelor de aur. [10] În 1898 Richard Adolf Zsigmondy a pregătit prima probă de aur coloidal în soluție diluată. [11]

Sinteză

În general, nanoparticulele de aur sunt produse în mod lichid („pe cale umedă”) prin reducerea acidului cloroauric (H [AuCl 4 ]), deși există metode mai avansate și mai bune. După dizolvarea H [AuCl 4], iar soluția este menținută sub agitare rapidă și un agent reducător este adăugat. Acest lucru determină reducerea ionilor Au 3+ la atomi neutri de aur. Pe măsură ce concentrația acestor atomi neutri de aur crește, soluția devine suprasaturată , iar aurul începe treptat să precipite, formând particule sub-nanometrice. Atomii de aur care continuă să se formeze se atașează de particulele deja existente; dacă soluția este agitată suficient de energic, particulele vor avea dimensiuni destul de uniforme.

Pentru a preveni agregarea particulelor, se adaugă de obicei un agent stabilizator care aderă la suprafața nanoparticulelor. Particulele pot fi, de asemenea, funcționalizate cu diferiți liganzi organici pentru a obține particule hibrid organice-anorganice cu funcționalitate avansată. [4]

Turkevich și colab. Metodă

Introdus de J. Turkevich și colab. în 1951, [12] și perfecționat de G. Frens în anii 1970, [13] această procedură este cea mai simplă disponibilă. În general, se obțin suspensii în apă de nanoparticule sferice de aur de aproximativ 10-20 nm în diametru, moderat monodisperse. Se pot obține particule mai mari, dar forma și monodispersiunea se înrăutățesc.

  • Ia 5,0 x 10 -6 moli de HAuCl 4 și le dizolvă în 19 ml de apă demineralizată . Se obține o soluție galben deschis.
  • Se încălzește până la fierbere.
  • Se continuă încălzirea și se adaugă, sub agitare puternică, 1 ml soluție de citrat de sodiu 0,5%. Se amestecă în continuare timp de 30 de minute.
  • Culoarea soluției se va schimba treptat de la galben deschis la incolor la gri la violet până la violet închis până când se instalează în roșu vin.
  • Adăugați apă la soluție pentru a aduce volumul înapoi la 20 ml pentru a compensa evaporarea.

Citratul de sodiu acționează inițial ca un agent de reducere . Ulterior, ionii de citrat încărcați negativ sunt adsorbiți pe nanoparticulele de aur, formând sarcini de suprafață care mențin particulele separate, împiedicându-le să se agregeze.

Recent, au existat mai multe informații despre dezvoltarea nanoparticulelor sferice de aur în timpul reacției Turkevich. A fost observat un intermediar tranzitoriu format dintr-o rețea extinsă de nanofire de aur. Aceste nanofire de aur sunt responsabile pentru culoarea închisă pe care o ia soluția înainte de a deveni roșu rubin. [14] Pentru a obține particule mai mari, trebuie adăugat mai puțin citrat de sodiu (chiar până la 0,05%, dar nu mai departe, nu pentru că nu ar exista suficient citrat pentru a reduce aurul). Reducerea cantității de citrat de sodiu reduce cantitatea de ioni de citrat disponibilă pentru stabilizarea particulelor și, astfel, particulele mai mici se agregează în particule mai mari (până când suprafața totală a tuturor particulelor este suficient de mică pentru a fi acoperită. Din ionii de citrat prezenți) .

Metoda lui Brust și colab.

Această metodă a fost descoperită de Brust și colab. în anii 1990, [15] și produce nanoparticule de aur în solvenți organici care nu sunt în mod normal miscibili cu apa (de exemplu, toluen ).

  • Se dizolvă 9,0 x 10 -4 moli de HAuCl 4 (aproximativ 0,3 g ) în 30 ml de apă.
  • Se dizolvă 4,0 × 10 −3 moli de bromură de tetraoctilamoniu (TOAB) (aproximativ 2,187 g) în 80 ml de toluen.
  • Se adaugă soluția HAuCl 4 la soluția TOAB și se agită puternic timp de aproximativ 10 minute. Apoasă fază ar trebui să rândul său incoloră, și faza organică (toluen) ar trebui să rândul său , portocaliu.
  • Întotdeauna agitare energică, add (preferabil picătură cu picătură, dar acest lucru nu este important) borohidrură de sodiu (NaBH4); culoarea ar trebui să se schimbe de la portocaliu la alb la violet la roșiatic, deși acesta din urmă va fi dificil de distins deoarece soluția va fi destul de concentrată și va apărea foarte întunecată.
  • Continuați să agitați soluția timp de 24 de ore pentru a vă asigura că particulele sunt monodisperse (mai ales dacă NaBH 4 nu a fost adăugat în picături; altfel este suficientă o oră sau două).
  • Separați faza organică, spălați-o mai întâi cu acid sulfuric diluat (H 2 SO 4 ) pentru a o neutraliza, apoi de mai multe ori cu apă distilată .

Dimensiunea particulelor va fi de aproximativ 5-6 nm. NaBH 4 servește ca agent de reducere, iar TOAB servește atât ca catalizator de transfer de fază, cât și ca stabilizator. Trebuie remarcat faptul că TOAB nu se leagă deosebit de puternic de nanoparticulele de aur, care vor tinde treptat să se agregeze în decurs de câteva săptămâni. Acest lucru poate fi evitat prin adăugarea unui stabilizator de legare mai puternic, cum ar fi un tiol (în special alchil tiolii), care se leagă de aur covalent și formează soluții stabile pentru perioade foarte lungi de timp. Nanoparticulele de aur stabilizate cu alchil tiol pot fi precipitate și redizolvate. O parte din catalizatorul de transfer de fază poate rămâne atașat la nanoparticulele purificate, schimbând unele proprietăți fizice, cum ar fi solubilitatea . Pentru a obține nanoparticule purificate în continuare, este necesar un extractor Soxhlet .

Sonicare

O altă metodă de preparare a particulelor de aur este prin sonicare . De exemplu, [16] atunci când o soluție care conține HAuCl 4 și glucoză este tratată cu ultrasunete, speciile reducătoare precum radicalul hidroxid și alți radicali produși prin piroliza zahărului se formează în regiunea de interfață dintre corpul soluției și microcavitățile produse de ultrasunete., care reacționează pentru a forma nanostructuri web cu o lățime de 30-50 nm și o lungime de câțiva micrometri. Aceste benzi sunt foarte flexibile și pot fi îndoite în unghiuri mai mari de 90 °. Folosind ciclodextrină (un oligomer de glucoză) în locul glucozei, se formează particule sferice de aur, sugerând că utilizarea glucozei este esențială pentru a obține o formă de panglică.

Căutări recente

În 2005 s-a demonstrat că bacteriile acoperite cu nanoparticule de aur pot fi utilizate pentru conexiuni electrice. [17] Bacillus cereus a fost depus pe o placă de siliciu / dioxid de siliciu imprimată cu electrozi de aur. Dispozitivul a fost acoperit cu poli-L- lizină . Suprafața bacteriei are o sarcină negativă. Nanoparticulele de aur acoperite cu poli-L-lizină, după spălare cu acid azotic, devin încărcate pozitiv și, prin urmare, se atașează exclusiv la bacterii. Bacteriile supraviețuiesc acestui tratament. Pe măsură ce umezeala se acumulează în probă, bacteriile absorb apa și umflarea membranei lor poate fi urmată de măsurarea curentului electric care trece prin bacterii.

Reducerea chloroauric acidului (HAuCl 4) cu borohidrură de sodiu (NaBH4) în prezența unuia dintre penicilamină enantiomerilor produce optic active particule de aur coloidal. [18] Penicilamina se atașează la suprafața aurie cu grupul tiol. În acest studiu, particulele sunt separate prin electroforeză în trei fracții, Au 6 , Au 50 și Au 150, după cum se dovedește prin măsurători cu unghi redus de împrăștiere cu raze X (SAXS). Izomerii D și L oferă spectre speculare în măsurători de dicroism circular .

Aplicații în medicină

Aurul coloidal a fost utilizat cu succes în tratamentul artritei reumatoide . [19] [20] Într-un studiu înrudit la câini, sa constatat că implantarea granulelor de aur în apropierea articulației șoldului artritic reduce durerea. [21]

Într-un experiment in vitro s-a arătat că combinația de iradiere cu microunde și aur coloidal poate distruge fibrele și plăcile beta-amiloide care sunt asociate cu boala Alzheimer . [22] Multe alte aplicații similare cu radiații luminoase sunt în prezent în studiu. [23]

Nanoparticulele de aur sunt, de asemenea, cercetate ca transportoare de medicamente precum taxolul . [24] Administrarea medicamentelor hidrofobe necesită încapsulare, iar particulele de dimensiuni nanometrice s-au dovedit a fi deosebit de eficiente în scăparea sistemului reticuloendotelial .

În cercetarea cancerului, aurul coloidal poate fi utilizat pentru a viza selectiv tumorile și pentru a permite detectarea in vivo prin spectroscopie SERS ( Surface Enhanced Raman Spectroscopy ). [25] Aceste nanoparticule sunt înconjurate de molecule, care în aceste condiții produc un efect Raman de 200 de ori mai puternic decât punctele cuantice . S-a constatat că aceste molecule sunt stabilizate atunci când nanoparticulele sunt încapsulate de un strat de polietilen glicol modificat cu tiol pentru a asigura compatibilitatea și circulația in vivo . Pentru a ajunge selectiv la celulele canceroase, particulele de aur sunt, de asemenea, conjugate cu un anticorp (sau un fragment de anticorp, cum ar fi scFv), de exemplu, împotriva receptorului factorului de creștere epidermic , care este uneori supraexprimat în unele tipuri de celule canceroase. Cu tehnica SERS, aceste nanoparticule de aur funcționalizate pot evidenția poziția tumorii. [26]

Nanorodurile de aur sunt studiate ca agenți fototermici pentru aplicații in vivo . Nanobarii de aur sunt nanoparticule în formă de tijă, în care raportul lățime-lungime deplasează rezonanța plasmonului de la suprafață de la vizibil la infraroșu apropiat. Energia totală absorbită de plasmonul de suprafață atunci când sunt iluminate depinde de câtă lumină este absorbită și de cât este împrăștiată. La nanobari cu diametru axial mai mic (~ 10 nm) predomină absorbția, în timp ce la cei cu diametru axial mai mare (> 35 nm) poate predomina difuzia. În consecință, pentru aplicații in vivo , nanobarii de aur cu diametru mic sunt folosiți ca agenți fototermici pentru a transforma radiația din infraroșu apropiat în căldură, pe care o pot absorbi cu o eficiență ridicată. [27] Deoarece radiațiile în infraroșu apropiat sunt transmise cu ușurință prin pielea umană și țesuturile biologice, aceste nanobare pot fi utilizate pentru ablația țesuturilor canceroase și a altor ținte. Când sunt acoperite cu polietilen glicol , nanorodurile de aur pot circula în corp cu un timp de înjumătățire mai mare de 15 ore. [28]

Notă

  1. ^ Valerio Voliani, Gold Nanoparticles: An Introduction to Synthesis, Properties and Applications , De Gruyter, 20 aprilie 2020, DOI : 10.1515 / 9781501511455 , ISBN 978-1-5015-1145-5 . Adus la 30 iunie 2020 .
  2. ^ B. Wessling, sisteme conductive de polimeri / solvenți: soluții sau dispersii? , 1996 ( online aici)
  3. ^ Școala de fizică a Universității din Edinburgh: coloizi (menționează elixirul vieții) Depus la 18 februarie 2006 în Internet Archive .
  4. ^ a b VR Reddy, nanoparticule de aur: sinteză și aplicații , în Synlett , n. 11, 2006, pp. 1791-1792 și referințe citate.
  5. ^ M. Faraday, Philosophical Transactions of the Royal Society , Londra, 1857.
  6. ^ P. Mulvaney, Universitatea din Melbourne, Frumusețea și eleganța nanocristalelor , Copie arhivată , la uninews.unimelb.edu.au . Adus la 10 august 2004 (arhivat din original la 28 octombrie 2004) .
  7. ^ CNR Rao, GU Kulkarni, PJ Thomasa, PP Edwards, Nanoparticulele metalice și ansamblurile lor , în Chem. Soc. Rev. , vol. 29, 2000, pp. 27-35, online aici; menționează pe Cassius și Kunchel .
  8. ^ Gay-Lussac, Ueber den Cassius'schen Goldpurpur , în Annalen der Physik , vol. 101, nr. 8, 1832, pp. 629 - 630, DOI : 10.1002 / andp . 18321010809 .
  9. ^ JJ Berzelius, Ueber den Cassius'schen Goldpurpur , în Annalen der Physik , vol. 98, nr. 6, pp. 306 - 308, DOI : 10.1002 / andp.18310980613 .
  10. ^ M. Faraday, Relații experimentale ale aurului (și ale altor metale) la lumină , în Philos. Trans. R. Soc. Londra , vol. 147, 1857, p. 145.
  11. ^ R. Zsigmondy, Properties of colloids ( PDF ), of nobelprize.org , Fundația Nobel, 11 decembrie 1926. Accesat la 23 ianuarie 2009 .
  12. ^ J. Turkevich, J. Hillier, PC Stevenson, Procesul de nucleație și creștere în sinteza aurului coloidal. , în Discuțiile societății Faraday , n. 11, 1951, p. 55.
  13. ^ G. Frens, nucleație controlată pentru reglarea dimensiunii particulelor în suspensiile de aur monodisperse. , în Nature Phys. Știință , vol. 241, 1973, pp. 20-22.
  14. ^ BK Pong și colab., Noi perspective asupra mecanismului de creștere a nanoparticulelor în reducerea citratului de sare de aur (III): formarea intermediarului de nanofil Au și a proprietăților sale optice neliniare. , în J. Phys. Chem. C , vol. 111, nr. 17, 2007, pp. 6281-6287.
  15. ^ M. Brust, M. Walker, D. Bethell, DJ Schiffrin, R. Whyman, Sinteza nanoparticulelor de aur derivate cu tiol într-un sistem lichid-lichid în două faze. , în J. Chem. Soc., Chem. Comun. , 1994, pp. 801-802, DOI : 10.1039 / C39940000801 .
  16. ^ JL Zhang, JM Du, BX Han, ZM Liu, T. Jiang, ZF Zhang, Formarea sonochimică a nanobeltelor de aur monocristalin. , în Angew. Chem. Ed. Int. , Vol. 45, n. 7, 2006, pp. 1116-1119.
  17. ^ V. Berry, RF Saraf, Auto-asamblare a nanoparticulelor pe bacterii vii: o cale de fabricare a dispozitivelor electronice. , în Angew. Chem. Ed. Int. , Vol. 44, nr. 41, 2005, pp. 6668-6673.
  18. ^ H. Yao, K. Miki, N. Nishida, A. Sasaki, K. Kimura, Activitate optică mare a enantiomerilor nanoclusterului de aur induși de o pereche de penicilamine optic active. , în J. Am. Chem. Soc. , Vol. 127, nr. 44, 2005, pp. 15536 ​​- 15543, DOI : 10.1021 / ja053504b .
  19. ^ CY Tsai et. al., Ameliorarea artritei induse de colagen la șobolani de către nanogold. , în Arthritis Rheum. , vol. 56, nr. 2, 2007, pp. 544-554.
  20. ^ JN Swanson, teste repetate de aur coloidal în artrita reumatoidă , în Ann Rheum Dis. , vol. 8, nr. 3, 1949, pp. 232-237.
  21. ^ GT Jaeger, S. Larsen, N. Søli, L. Moe, Studiu de urmărire de doi ani asupra efectului de ameliorare a durerii din implantarea mărgelei de aur la câinii cu artrită articulară a șoldului. , în Acta Vet Scand. , vol. 49, nr. 9, 2007.
  22. ^ Aurul este cea mai nouă armă în lupta împotriva Alzheimerului , în Health News , vol. 12, nr. 3, martie 2006, p. 10.
  23. ^ D. Pissuwan, SM Valenzuela, MB Cortle, Posibilități terapeutice ale nanoparticulelor de aur încălzite plasmonic. , în Trends Biotechnol. , vol. 24, n. 2, 2006, pp. 62-67.
  24. ^ JD Gibson, BP Khanal, ER Zubarev, nanoparticule de aur funcționalizate cu Paclitaxel. , în J. Am. Chem. Soc. , Vol. 129, 2007, pp. 11653-11661.
  25. ^ Acest tip de spectroscopie exploatează faptul că moleculele adsorbite la suprafața metalică pot da un efect Raman intensificat.
  26. ^ X. Qian, țintirea tumorilor in vivo și detectarea spectroscopică cu etichete de nanoparticule Raman îmbunătățite la suprafață. , în Nature Biotechnology , vol. 26, n. 1, 2008.
  27. ^ Nanoparticule de aur Nanopartz
  28. ^ Copie arhivată ( PDF ), la nanopartz.com . Adus la 26 martie 2009 (arhivat din original la 17 decembrie 2008) .

Elemente conexe

Alte proiecte

Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Oro_colloidale&oldid=118199591 ”