Colloidi Compositi Rispondenti di Microgel per la Percezione di Plasmonic

Da Prof. Luis M. Liz-Marzan

Il Professor Luis M. Liz-Marzan, Departamento de Quimica Fisica, Unidad Asociada CSIC-Universidade de Vigo 36310 Vigo, Spagna. Autore Corrispondente: lmarzan@uvigo.es

L'interesse dell'incapsulamento delle nanoparticelle del metallo nobile proviene dalle applicazioni relative ai loro beni ottici interessanti, che sono basati sulle oscillazioni coerenti degli elettroni della conduzione una volta irradiati con una radiazione elettromagnetica adatta. Tali oscillazioni dell'elettrone in nanoparticelle sono conosciute come Risonanze Di Superficie Localizzate o LSPRs del Plasmon. La frequenza corrispondente di risonanza può essere sintonizzata con la composizione, la dimensione e la forma delle nanoparticelle, tipicamente accadendo (per oro, argento e rame) al visibile o all'ampiezza dello spettro quasi-IR. Ciò provoca le bande marcate ed intense dell'estinzione alla frequenza di LSPR, ma ulteriormente produce gli alti campi elettrici alle nanoparticelle affiora, che possono pregiudicare considerevolmente la chimica e la spettroscopia delle molecole situate accanto.

Uno degli effetti il più ampiamente studiati è scattering superficie-migliorato di Raman (SERS), in cui i grandi potenziamenti del segnale di scattering di Raman sono registrati quando le molecole sono adsorbite sui nanostructures del metallo. La condizione che le molecole fossero nella grande prossimità alla superficie metallica ha limitato le applicazioni di SERS come tecnica ultrasensibile generale e quindi là è un'esigenza dello sviluppo dei materiali di rivestimento che possono attivamente intrappolare le molecole dell'analito e portarli vicino al nanostructure metallico. [1]

In questo contesto, i colloidi della particella del nanocomposite che comprendono una nanoparticella del metallo all'interno di uno shell dell'idrogel del polimero possono essere veduti come candidato adatto per la soluzione del questo problema, poiché combinano i beni fotonici delle memorie di nanoparticella e l'abilità dell'intrappolamento del rivestimento astuto del microgel. Ovviamente, la lavorazione efficiente di tali colloidi ibridi richiede un controllo preciso sopra la dimensione e la forma delle particelle di memoria, come mezzi per modulare correttamente la risposta ottica del sistema.

Ciò può essere raggiunta con i metodi coloidi avanzati di chimica, che principalmente sono stati messi a punto durante le ultime coppie delle decadi. Per Quanto Riguarda gli shell del polimero, i materiali stimolo-rispondenti sono particolarmente interessanti a causa del loro potenziale per la commutazione e la manipolazione esterne. Un esempio comune è poli (N-isopropylacrylamide) (pNIPAM), un polimero thermoresponsive che subisce una transizione di fase da uno stato idrofilo e acqua gonfiato ad uno stato idrofobo e globulare una volta riscaldato sopra la sua temperatura critica più bassa della soluzione (LCST), a circa ºC 32 in acqua. L'Aggiunta dei comonomeri è stata proposta per aggiungere la risposta verso gli stimoli differenti quali la temperatura, il pH, la forza ionica o l'indicatore luminoso.

Abbiamo sviluppato di recente un metodo novello ed efficiente per ricoprire il Bromuro del Cetiltrimetilammonio (CTAB) - nanoparticelle ricoperte dell'oro con pNIPAM, comprendente la mano iniziale con uno shell sottile del polistirolo e la polimerizzazione successiva dell'emulsione dei monomeri di NIPAM sulle nanoparticelle polistirolo-innescate. [2] La struttura risultante dello memoria-shell è stata caratterizzata conclusivamente con TEM dettagliato, il AFM e l'analisi della spettroscopia di UV-forza. Una transizione guidata da temperatura e reversibile del gonfiamento-deswelling è stata identificata nel sistema dello memoria-shell, con una temperatura di transizione simile a quella del sistema puro del microgel, che può essere riflesso facilmente attraverso gli spostamenti (reversibili) del plasmon della superficie.

Ulteriore crescita delle memorie metalliche all'interno del microgel piombo alle morfologie differenti in funzione di concentrazione del CTAB, che concede sintonizzare la risposta ottica e la sensibilità ambientale. Tutti questi risultati dimostrano l'accessibilità delle memorie del metallo, che è cruciale per le applicazioni come la catalisi o biosensing.

Per esempio, il comportamento thermoresponsive dello shell del pNIPAM è stato sfruttato per catturare gli agenti inquinanti organici, che potrebbero essere individuati prontamente con lo scattering migliorato di superficie di Raman (SERS) assistito dalla risonanza del plasmon della memoria dell'oro [3]. Il funzionamento di questo sensore è illustrato nella Figura 1 per l'identificazione del naftolo in soluzione. Il Naftolo non contiene gruppi funzionali che possano chimicamente legare alle superfici metalliche, ma possono essere bloccati all'interno della rete del microgel una volta sprofondati sopra il LCST, così raggiungendo l'anima e permettendo che noi registriamo gli spettri significativi di SERS. Interessante, le molecole del naftolo ottengono rilasciate quando la temperatura è abbassata e il microgel è gonfiato, di modo che possiamo dire che l'elemento sensibile funziona ad un modo reversibile.

La Figura 1. spettri di SERS ha registrato da un colloide di Au@pNIPAM in contatto con un naftolo di 10 µM 1, a minimo (sinistro), al livello (medio) ed alla bassa temperatura ancora (giusto), corrispondendo al microgel gonfiato (left and right) e crollato (del mezzo), secondo le indicazioni dei fumetti. Uno spettro di alta qualità SERS può essere registrato soltanto nello stato crollato perché le molecole del naftolo sono bloccate accanto alle memorie dell'oro.

Gli avanzamenti Supplementari nella progettazione di questi sensori plasmonic astuti includono:

  • L'incapsulamento dei nanorods dell'oro e del loro rivestimento in situ con l'argento [4], o
  • L'incorporazione di funzionalità magnetica, con riduzione di nichel sulla superficie delle memorie dell'oro [5] o
  • Incorporazione di piccole nanoparticelle dell'ossido di ferro all'interno degli stessi microgels [6].

Tutte queste strategie aprono i nuovi viali verso la lavorazione dei rivelatori miniaturizzati per l'identificazione ultrasensibile di un'ampia varietà di analiti.


Riferimenti

[1] R.A. Alvarez-Puebla, L.M. Liz-Marzán, Trappole e gabbie per rilevazione universale di SERS, Soc Rev. di Chim. 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, Incapsulamento e crescita delle nanoparticelle dell'oro nei microgels thermoresponsive, Adv. Mater. 2008, 20, 1666-1670.

[3] R.A. Alvarez-Puebla, R. Contreras-Cáceres, I. Pastoriza-Santos, J. Pérez-Juste, L.M. Liz-Marzán, colloidi di Au@pNIPAM come trappole molecolari per analisi superficie-migliorata, spettroscopica, ultrasensibile, Angew. Chim. Int. 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, nanoparticelle Crescenti di Au/Ag all'interno dei colloidi per rilevazione superficie-migliorata migliore di scattering di Raman, Chem. Eur del microgel. 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, Sintesi dei microgels compositi multifunzionali via crescita in situ del Ni sulle nanoparticelle pNIPAM-rivestite dell'Au, ACS 2009 Nano, 3, 3184-3190.

[6] R. Contreras-Cáceres, S. Abalde-Cela, P. Guardia-Girós, A. Fernández-Barbero, J. Pérez-Juste, R A. Alvarez-Puebla, L.M. Liz-Marzán, trappole magnetiche/ottiche del microgel Multifunzionale per il ultradetection di SERS, Langmuir 2011, 27, 4520-4525.

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

Last Update: 14. June 2013 09:25

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