Colloïdes Composés Sensibles de Microgel pour se Sentir de Plasmonic

Par Prof. Luis M. Liz-Marzan

Professeur Luis M. Liz-Marzan, Departamento de Quimica Fisica, Unidad Asociada CSIC-Universidade De Vigo 36310 Vigo, Espagne. Auteur Correspondant : lmarzan@uvigo.es

L'intérêt d'encapsuler des nanoparticles en métal noble provient des applications liées à leurs propriétés optiques intéressantes, qui sont basées sur des vibrations logiques des électrons de conduction si irradiées avec un rayonnement électromagnétique adapté. De Telles vibrations d'électron dans les nanoparticles sont connues comme des Résonances Extérieures Localisées ou LSPRs de Plasmon. La fréquence correspondante de résonance peut être ajustée par la composition, la taille et la forme des nanoparticles, type se produisant (pour l'or, l'argent et le cuivre) au visible ou au domaine proche-IR spectral. Ceci provoque les bandes tranchantes et fortes d'extinction à la fréquence de LSPR, mais lance supplémentaire les champs électriques élevés aux nanoparticles apprêtent, qui peuvent notamment affecter la chimie et la spectroscopie des molécules situées à côté de elle.

Un des effets le plus largement étudiés est Raman surface-amélioré dispersant (SERS), dans lequel de grandes améliorations du Raman dispersant le signe sont enregistrées quand les molécules sont adsorbées sur des nanostructures en métal. La condition que les molécules sont dans la grande proximité à la surface métallique a limité les applications de SERS comme technique ultra-sensible générale, et pour cette raison il y a un besoin de développement des matériaux de couche qui peuvent activement enfermer les molécules d'analyte et les porter près du nanostructure métallique. [1]

Dans ce contexte, des colloïdes de particules de nanocomposite comportant un nanoparticle en métal dans une shell d'hydrogel de polymère peuvent être vus en tant que candidat adapté pour résoudre ce problème, puisqu'ils combinent les propriétés photoniques des noyaux de nanoparticle et la capacité de piégeage de la couche intelligente de microgel. Évidemment, la fabrication efficace de tels colloïdes hybrides exige un contrôle précis de la taille et de la forme des particules de noyau, comme des moyens de moduler correctement la réaction optique du système.

Ceci peut être réalisé par les méthodes colloïdales avancées de chimie, qui ont été en grande partie développées pendant les derniers couples des décennies. Concernant les shell de polymère, les matériaux stimulus-sensibles sont particulièrement intéressants à cause de leur potentiel pour la commutation externe et la manipulation. Un exemple classique est poly (N-isopropylacrylamide) (pNIPAM), un polymère thermoresponsive qui subit un passage de phase d'une condition hydrophile et eau-gonflée à une condition hydrophobe et globulaire si passionné au-dessus de sa plus basse température critique de solution (LCST), à environ le ºC 32 dans l'eau. L'Ajout des comonomères a été proposé pour ajouter la réactivité vers différents stimulus tels que la température, le pH, la concentration ionique ou la lumière.

Nous avons développé récemment un roman et une technique performante pour vêtir le Bromure de Cétyltriméthylammonium (CTAB) - nanoparticles recouverts d'or avec le pNIPAM, concernant la couche initiale d'une shell mince de polystyrène et d'une polymérisation ultérieure d'émulsion des monomères de NIPAM sur les nanoparticles polystyrène-amorcés. [2] La structure donnante droit de noyau-SHELL a été d'une manière concluante caractérisée par TEM détaillé, AFM et analyse de spectroscopie d'UV-force. Un passage motivé par la température et réversible de gonflement-deswelling a été recensé dans le système de noyau-SHELL, avec une température de passage assimilée à celle du système pur de microgel, qui peut être facilement surveillé par les décalages (réversibles) de plasmon de surface.

Davantage d'accroissement des noyaux métalliques dans le microgel mène à différentes morphologies en fonction de la concentration de CTAB, qui laisse ajuster la réaction optique et la sensibilité environnementale. Tous ces résultats expliquent l'accessibilité des noyaux en métal, qui est essentielle pour des applications telles que la catalyse ou biosensing.

Par exemple, le comportement thermoresponsive de la shell de pNIPAM a été exploité pour capturer les contaminants organiques, qui pourraient être promptement trouvés par la dispersion améliorée extérieure de Raman (SERS) aidée par la résonance de plasmon du noyau d'or [3]. Le fonctionnement de ce senseur est illustré sur le Schéma 1 pour l'identification du naphtol en solution. Le Naphtol ne contient aucun groupe fonctionnel qui peut chimiquement gripper sur les surfaces métalliques, mais il peut être enfermé dans le réseau de microgel une fois effondré au-dessus du LCST, de ce fait atteignant le noyau central et nous permettant d'enregistrer les spectres signicatifs de SERS. Intéressant, les molécules de naphtol obtiennent relâchées quand la température est abaissée et le microgel est gonflé, de sorte que nous puissions dire que l'élément se sentant fonctionne d'une mode réversible.

Le Schéma 1. spectres de SERS a enregistré d'un colloïde d'Au@pNIPAM en contact avec le naphtol de 10 µM 1, à faible (gauche), température élevée (moyen) et basse de nouveau (droit), correspondant à gonflé (des left and right) et s'est effondré microgel (de milieu), suivant les indications des bandes dessinées. Un spectre de la haute qualité SERS peut seulement être enregistré dans la condition effondrée parce que les molécules de naphtol sont enfermées à côté des noyaux d'or.

Les avances Supplémentaires dans le design de ces senseurs plasmonic intelligents comprennent :

  • L'encapsulation des nanorods d'or et de leur couche in situ avec de l'argent [4], ou
  • La constitution de la fonctionnalité magnétique, par la réduction de nickel sur la surface des noyaux d'or [5] ou
  • Constitution de petits nanoparticles d'oxyde de fer dans les mêmes microgels [6].

Toutes ces stratégies ouvrent les avenues neuves vers la fabrication des dispositifs se sentants miniaturisés pour l'identification ultra-sensible d'une grande variété d'analytes.


Références

[1] R.A. Alvarez-Puebla, L.M. Liz-Marzán, Déroutements et cages pour le dépistage universel de SERS, Chem. Soc. Rév. 2011. doi : 10.1039/c1cs15155j

[2] R. Contreras-Cáceres, M. Karg, I. Pastoriza-Santos, J. Pérez-Juste, J. Pacifico, T. Hellweg, A. Fernández-Barbero, L.M. Liz-Marzán, Encapsulation et accroissement des nanoparticles d'or dans les microgels thermoresponsive, Adv. Mère. 2008, 20, 1666-1670.

[3] R.A. Alvarez-Puebla, R. Contreras-Cáceres, I. Pastoriza-Santos, J. Pérez-Juste, L.M. Liz-Marzán, colloïdes d'Au@pNIPAM en tant que déroutements moléculaires pour l'analyse surface-améliorée, spectroscopique, ultra-sensible, Angew. Chim. International. Ed.2009, 48, 138-143.

[4] R. Contreras-Cáceres, I. Pastoriza-Santos, R.A. Alvarez-Puebla, J. Pérez-Juste, A. Fernández-Barbero, L.M. Liz-Marzán, nanoparticles Croissants d'Au/Ag dans des colloïdes de microgel pour Raman surface-amélioré amélioré dispersant le dépistage, Chem. Eur. J. 2010, 16, 9462 - 9467.

[5] A. Sánchez-Iglesias, M. Grzelczak, B. Rodríguez-González, P. Guardia-Girós, I. Pastoriza-Santos, J. Pérez-Juste, M. Prato, L.M. Liz-Marzán, Synthèse des microgels composés multifonction par l'intermédiaire de l'accroissement in situ de Ni sur les nanoparticles pNIPAM-enduits d'Au, Nano 2009, 3, 3184-3190 d'ACS.

[6] R. Contreras-Cáceres, S. Abalde-Cela, P. Guardia-Girós, A. Fernández-Barbero, J. Pérez-Juste, R.A. Alvarez-Puebla, L.M. Liz-Marzán, déroutements magnétiques/optiques de microgel Multifonction pour l'ultradetection de SERS, Langmuir 2011, 27, 4520-4525.

Date Added: Aug 2, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 09:18

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