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Colóides Compostos Responsivos de Microgel para a Detecção de Plasmonic

Pelo Prof. Luis M. Liz-Marzan

Professor Luis M. Liz-Marzan, Departamento de Quimica Fisica, Unidad Asociada CSIC-Universidade de Vigo 36310 Vigo, Espanha. Autor Correspondente: lmarzan@uvigo.es

O interesse de encapsular hastes dos nanoparticles do metal nobre das aplicações relativas a suas propriedades ópticas interessantes, que são baseadas em oscilações coerentes de elétrons da condução quando irradiadas com uma radiação eletromagnética apropriada. Tais oscilações do elétron nos nanoparticles são sabidas como Ressonâncias De Superfície Localizadas ou LSPRs do Plasmon. A freqüência correspondente da ressonância pode ser ajustada com a composição, o tamanho e a forma dos nanoparticles, tipicamente ocorrendo (para o ouro, a prata e o cobre) no visível ou na escala próximo-IR espectral. Isto causa faixas afiadas e intensas da extinção na freqüência de LSPR, mas origina adicionalmente campos elétricos altos nos nanoparticles surge, que podem notàvel afectar a química e a espectroscopia das moléculas situadas ao lado dela.

Um dos efeitos o mais extensamente estudados é Raman superfície-aumentado que dispersa (SERS), em que os grandes realces do Raman que dispersa o sinal são gravados quando as moléculas são fixadas em nanostructures do metal. A exigência que as moléculas estão na grande proximidade à superfície metálica restringiu as aplicações de SERS como uma técnica ultrasensitive geral, e conseqüentemente lá é uma necessidade para a revelação dos materiais de revestimento que podem activamente prender as moléculas do analyte e as trazer perto do nanostructure metálico. [1]

Neste contexto, os colóides da partícula do nanocomposite que compreendem um nanoparticle do metal dentro de um escudo do hydrogel do polímero podem ser vistos como um candidato apropriado resolvendo este problema, desde que combinam as propriedades fotónicas dos núcleos do nanoparticle e a capacidade da caça com armadilhas do revestimento esperto do microgel. Obviamente, a fabricação eficiente de tais colóides híbridos exige um controle preciso sobre o tamanho e a forma das partículas do núcleo, como meios modular correctamente a resposta óptica do sistema.

Isto pode ser conseguido com os métodos colóides avançados da química, que foram desenvolvidos na maior parte durante os últimos pares de décadas. Em Relação aos escudos do polímero, os materiais estímulo-responsivos são particularmente interessantes devido a seu potencial para o interruptor externo e a manipulação. Um exemplo comum é poli (N-isopropylacrylamide) (pNIPAM), um polímero thermoresponsive que se submeta a uma transição de fase de um estado hidrófilo, água-inchado a um estado hidrofóbica, globular quando caloroso acima de sua mais baixa temperatura crítica da solução (LCST), ao redor do ºC 32 na água. A Adição de co-monómeros foi propor adicionar a compreensibilidade para estímulos diferentes tais como a temperatura, o pH, a concentração iónica ou a luz.

Nós temos desenvolvido recentemente um método novo e eficiente para revestir o Brometo do Cetyltrimethylammonium (CTAB) - nanoparticles tampados do ouro com o pNIPAM, envolvendo o revestimento inicial com um escudo fino do poliestireno e uma polimerização subseqüente da emulsão de monómeros de NIPAM nos nanoparticles poliestireno-aprontados. [2] A estrutura resultante de núcleo-SHELL foi caracterizada conclusiva com análise da espectroscopia detalhada de TEM, de AFM e de Uv-vis. Uma transição temperatura-conduzida, reversível do inchamento-deswelling foi identificada no sistema de núcleo-SHELL, com uma temperatura de transição similar àquela do sistema puro do microgel, que pode facilmente ser monitorado através das SHIFT do plasmon da superfície (do reversible).

Um crescimento Mais Adicional dos núcleos metálicos dentro do microgel conduz às morfologias diferentes em função da concentração do CTAB, que reserva ajustar a resposta óptica e a sensibilidade ambiental. Todos estes resultados demonstram a acessibilidade dos núcleos do metal, que é crucial para aplicações tais como a catálise ou biosensing.

Por exemplo, o comportamento thermoresponsive do escudo do pNIPAM foi explorado para capturar os contaminadores orgânicos, que poderiam prontamente ser detectados com da dispersão aumentada de superfície de Raman (SERS) ajudada pela ressonância do plasmon do núcleo do ouro [3]. O funcionamento deste sensor é ilustrado em Figura 1 para a identificação do naftol na solução. O Naftol não contem nenhum grupo funcional que pode quimicamente ligar às superfícies metálicas, mas pode ser prendido dentro da rede do microgel quando desmoronado acima do LCST, assim alcançando o núcleo central e permitindo que nós gravem espectros significativos de SERS. Interessante, as moléculas do naftol obtêm liberadas quando a temperatura é abaixada e o microgel está inchado, de modo que nós possamos dizer que o elemento de detecção trabalha em uma forma reversível.

A Figura 1. espectros de SERS gravou de um colóide de Au@pNIPAM em contacto com o naftol de 10 µM 1, em baixo (esquerdo), alta (médio) e baixa temperatura outra vez (direito), correspondendo a inchado (esquerdo e direito) e desmoronou microgel (do meio), segundo as indicações dos desenhos animados. Um espectro de alta qualidade de SERS pode somente ser gravado no estado desmoronado porque as moléculas do naftol são prendidas ao lado dos núcleos do ouro.

Os avanços Adicionais no projecto destes sensores plasmonic espertos incluem:

  • A capsulagem de nanorods do ouro e de seu revestimento in situ com prata [4], ou
  • A incorporação da funcionalidade magnética, com a redução do níquel na superfície dos núcleos do ouro [5] ou
  • Incorporação de nanoparticles pequenos do óxido de ferro dentro dos mesmos microgels [6].

Todas estas estratégias abrem avenidas novas para a fabricação de dispositivos de detecção miniaturizados para a identificação ultrasensitive de uma grande variedade de analytes.


Referências

[1] R.A. Alvarez-Puebla, L.M. Liz-Marzán, Armadilhas e gaiolas para a detecção universal de SERS, Chem. Soc. Rev. 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, Capsulagem e crescimento de nanoparticles do ouro em 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, colóides de Au@pNIPAM como armadilhas moleculars para a análise superfície-aumentada, espectroscópica, ultra-sensível, 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, nanoparticles Crescentes de Au/Ag dentro dos colóides do microgel para Raman superfície-aumentado melhorado que dispersa a detecção, 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, Síntese de microgels compostos multifuncionais através do crescimento in situ do Ni nos nanoparticles pNIPAM-revestidos do 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, armadilhas magnéticas/ópticas do microgel Multifuncional para o ultradetection de SERS, Langmuir 2011, 27, 4520-4525.

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

Last Update: 14. June 2013 09:44

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