Ontvankelijke Samengestelde Colloïden Microgel voor het Ontdekken Plasmonic

Door Prof. Luis M. Liz-Marzan

Professor Luis M. Liz-Marzan, Departamento DE Quimica Fisica, Unidad Asociada CSIC-Universidade DE Vigo 36310 Vigo, Spanje. Overeenkomstige auteur: lmarzan@uvigo.es

De rente om edel metaal in te kapselen nanoparticles stamt uit toepassingen met betrekking tot hun interesserende optische eigenschappen, die op coherente schommelingen van geleidingselektronen wanneer bestraald met een geschikte elektromagnetische straling gebaseerd zijn. Dergelijke elektronenschommelingen in nanoparticles zijn genoemd geworden Gelokaliseerde Plasmon van de Oppervlakte Resonanties of LSPRs. De overeenkomstige resonantiefrequentie kan door de samenstelling, de grootte en de vorm van nanoparticles worden gestemd, typisch voorkomend (voor goud, zilver en koper) bij zichtbaar of de spectrale waaier dichtbijgelegen-IRL. Dit leidt tot scherpe en intense uitstervenbanden bij de frequentie LSPR, maar komt bovendien hoge elektrische die gebieden aan de nanoparticlesoppervlakte voort, die de chemie en de spectroscopie van molecules kan in het bijzonder beïnvloeden naast het worden gevestigd.

Één van de wijdst bestudeerde gevolgen is hetverbeterde verspreiden zich Raman (SERS), waarin de grote verhogingen van het verspreidende signaal Raman worden geregistreerd wanneer de molecules op metaalnanostructures worden geadsorbeerd. Het vereiste dat de molecules in dichte nabijheid aan de metaaloppervlakte zijn heeft de toepassingen van SERS als algemene ultrasensitive techniek beperkt, en daarom is er een behoefte aan de ontwikkeling van deklaagmaterialen die de analyte molecules kan actief opsluiten en hen brengen dicht bij metaalnanostructure. [1]

In deze context, nanocomposite kunnen de deeltjescolloïden die uit een metaal bestaan nanoparticle binnen shell van het polymeerhydrogel als geschikte kandidaat worden gezien voor het oplossen van dit probleem, aangezien zij de photonic eigenschappen van de nanoparticlekernen en de het opsluiten capaciteit van de slimme microgeldeklaag combineren. Duidelijk, de efficiënte vervaardiging van dergelijke hybride colloïden een nauwkeurige controle over de grootte en de vorm van de kerndeeltjes, als middel vereist de optische reactie van het systeem behoorlijk om te moduleren.

Dit kan door de geavanceerde methodes van de colloïdechemie worden bereikt, die meestal tijdens het laatste paar van decennia zijn ontwikkeld. Betreffende polymeershells, zijn de stimulus-ontvankelijke materialen bijzonder interessant wegens hun potentieel voor externe omschakeling en manipulatie. Een gemeenschappelijk voorbeeld is poly (n-Isopropylacrylamide) (pNIPAM), een thermoresponsive polymeer dat een faseovergang van een hydrofiele, water-gezwelde staat aan een hydrophobic ondergaat, bolvormige staat wanneer verwarmd boven zijn lagere kritieke oplossingstemperatuur (LCST), om ongeveer 32 ºC in water. De Toevoeging van co-monomers is voorgesteld om ontvankelijkheid naar verschillende stimuli zoals temperatuur, pH, Ionische sterkte of licht toe te voegen.

Wij hebben onlangs ontwikkeld een nieuwe en efficiënte methode om Cetyltrimethylammonium Bromide (CTAB) - afgedekt goud nanoparticles met pNIPAM met een laag te bedekken, die aanvankelijke deklaag met dunne polystyreenshell en verdere emulsiepolymerisatie van monomeren NIPAM op polystyreen-klaargemaakt impliceren nanoparticles. [2] de resulterende structuur kern-SHELL werd afdoend gekenmerkt door gedetailleerde TEM, AFM en Uv-uv-vis de spectroscopieanalyse. Een temperatuur-gedreven, omkeerbare zwellen-deswelling overgang werd geïdentificeerd in het systeem kern-SHELL, met een overgangstemperatuur gelijkend op dat van het zuivere microgelsysteem, dat gemakkelijk door (omkeerbare) oppervlakteplasmon verschuivingen kan worden gecontroleerd.

De Verdere groei van de metaalkernen binnen microgel leidt tot de verschillende morfologie als functie van CTAB concentratie, die toestaat stemmend de optische reactie en de milieugevoeligheid. Al deze resultaten tonen de toegankelijkheid van de metaalkernen aan, die voor toepassingen zoals katalyse of het biosensing essentieel is.

Bijvoorbeeld, is het thermoresponsive gedrag van pNIPAMshell geëxploiteerd om organische verontreinigende stoffen te vangen, die gemakkelijk door zich oppervlakte het verbeterde verspreiden zouden kunnen worden ontdekt Raman (SERS) bijgestaan door de plasmon resonantie van de gouden kern [3]. De verrichting van deze sensor is geïllustreerd in Figuur 1 voor de identificatie van naftol in oplossing. Het Naftol bevat geen functionele groepen die chemisch aan metaaloppervlakten kunnen binden, maar het kan binnen het microgelnetwerk worden opgesloten wanneer doen ineenstorten boven LCST, waarbij de centrale kern wordt bereikt en ons wordt toegestaan om zinvolle spectrums te registreren SERS. Interessant, worden de naftolmolecules vrijgegeven wanneer de temperatuur wordt verminderd en microgel gezweld is, zodat wij kunnen zeggen dat het ontdekkende element op een omkeerbare manier werkt.

Figuur 1. Spectrums SERS van een colloïde van Au@pNIPAM in contact met naftol 10 µM 1 worden geregistreerd, bij laag (linker), hoge (midden) en lage temperatuur opnieuw (juist), beantwoordend aan gezweld (links en net) en ingestort (midden) microgel, zoals aangetoond in de beeldverhalen dat. Een hoogte - het kwaliteitsSERS spectrum kan slechts in de doen ineenstorten staat worden geregistreerd omdat de naftolmolecules naast de gouden kernen opgesloten zijn.

De Extra vooruitgang in het ontwerp van deze slimme plasmonic sensoren omvat:

  • De inkapseling van goud nanorods en hun deklaag in situ met zilver [4], of
  • De integratie van magnetische functionaliteit, door vermindering van nikkel op de oppervlakte van de gouden kernen [5] of
  • Integratie van klein ijzeroxyde nanoparticles binnen zelfde microgels [6].

Al deze strategieën open nieuwe wegen naar de vervaardiging van verkleinde ontdekkende apparaten voor ultrasensitive identificatie van een grote verscheidenheid van analytes.


Verwijzingen

[1] R.A. alvarez-Puebla, L.M. Liz-Marzán, Vallen en kooien voor universele SERS opsporing, Soc. doi van Chem. van Toer 2011.: 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, Inkapseling en de groei van goud nanoparticles in thermoresponsive microgels, Adv. Mater. 2008, 20, 1666-1670.

[3] R.A. alvarez-Puebla, R. Contreras-Cáceres, I. Pastoriza-Santos, J. Pérez-Juste, L.M. Liz-Marzán, de colloïden van Au@pNIPAM als moleculaire vallen voor oppervlakte-verbeterde, spectroscopische, ultra-sensitive analyse, Angew. Chem. 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, het Groeien Au/Ag nanoparticles binnen microgelcolloïden voor betere oppervlakte-verbeterde Raman verspreidende opsporing, 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, Synthese van multifunctionele samengestelde microgels via groei de in situ van Ni op pNIPAM-met een laag bedekt Au nanoparticles, ACS Nano 2009, 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, Multifunctionele microgel magnetische/optische vallen voor SERS ultradetection, Langmuir 2011, 27, 4520-4525.

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

Last Update: 14. June 2013 06:50

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit