Menu Sluiten

Gouden nanodeeltjes: Optische Eigenschappen

Gouden nanodeeltjes absorberen en verstrooien licht met een buitengewone efficiëntie. Hun sterke interactie met licht ontstaat doordat de geleidingselektronen op het metaaloppervlak een collectieve oscillatie ondergaan wanneer zij worden geëxciteerd door licht met specifieke golflengtes. Deze oscillatie staat bekend als oppervlakteplasmonresonantie (SPR), en veroorzaakt dat de absorptie- en verstrooiingsintensiteit van gouden nanodeeltjes veel hoger is dan die van niet-plasmonische nanodeeltjes van dezelfde grootte. De absorptie- en verstrooiingseigenschappen van gouden nanodeeltjes kunnen worden afgestemd door de deeltjesgrootte, de vorm en de lokale brekingsindex nabij het deeltjesoppervlak te regelen.

Het effect van grootte op optische eigenschappen

De optische eigenschappen van bolvormige gouden nanodeeltjes zijn sterk afhankelijk van de diameter van het nanodeeltje. De extinctiespectra van 15 maten NanoXact Gold nanodeeltjes bij identieke massaconcentraties (0,02 mg/ml) worden weergegeven in de onderstaande figuur. Kleinere nanosferen absorberen vooral licht en hebben pieken in de buurt van 520 nm, terwijl grotere bollen meer verstrooiing vertonen en pieken hebben die aanzienlijk breder worden en naar langere golflengten verschuiven (bekend als roodverschuiving). Grotere bollen verstrooien meer licht omdat ze een grotere optische doorsnede hebben en ook omdat hun albedo (de verhouding tussen verstrooiing en totale extinctie) groter wordt naarmate ze groter zijn. Gouden nanodeeltjes worden vaak gebruikt als bioimaging tags in donkerveldmicroscopietechnieken, waarbij de verstrooiing van individuele nanodeeltjes met diameters groter dan 40-50 nm kan worden waargenomen.

Extinctiespectra (de som van verstrooiing en absorptie) van NanoXact-gouden nanodeeltjes met diameters variërend van 10 - 100 nm bij massaconcentraties van 0,05 mg/ml. BioPure-nanopartikels hebben een optische dichtheid die 20 keer groter is.

Verstrooiingsspectra van gouden nanosferen met verschillende diameter.

Gouden nanosfeer-albedo (een verhouding van verstrooiing tot totale extinctie) als functie van de nanopartikeldiameter.
Terug naar boven

Het effect van de lokale brekingsindex op optische eigenschappen

De optische eigenschappen van gouden nanodeeltjes hangen ook af van de brekingsindex nabij het nanodeeltjesoppervlak. Als de brekingsindex bij het nanodeeltjesoppervlak toeneemt, verschuift het extinctiespectrum van het nanodeeltje naar langere golflengten (bekend als roodverschuiving). In de praktijk betekent dit dat de extinctie pieklocatie van het nanodeeltje naar kortere golflengten verschuift (blauwverschuiving) als de deeltjes van water (n=1,33) naar lucht (n=1,00) worden overgebracht, of naar langere golflengten verschuift als de deeltjes naar olie (n=1,5) worden overgebracht. De figuur hieronder toont het berekende extinctiespectrum van een 50 nm gouden nanosfeer als de lokale brekingsindex wordt verhoogd. Verhoging van de brekingsindex van 1,00 tot 1,60 resulteert in een verschuiving van de uitdovingspiek van meer dan 40 nm, waardoor de piek van het groene naar het rode gebied van het spectrum verschuift. Wanneer ingebed in materialen met een hoge index, wordt de extinctiedoorsnede aanzienlijk vergroot.

Extinctiespectra van een 50 nm gouden nanosfeer in lucht, water en silica. Naarmate de brekingsindex van het medium toeneemt, verschuift het uitdovingsspectrum van het nanodeeltje naar langere golflengten.

Ook kan de uitdovingspiek worden afgestemd door waterige nanodeeltjes te coaten met niet-geleidende omhulsels, waaronder silica (n=1,5), biomoleculen (n=1,4-1,45), of aluminiumoxide (n=1,58-1,68).

De uitdovingspiek kan worden afgestemd door de nanodeeltjes te coaten met een niet-geleidend omhulsel.58-1,68).

Terug naar boven

Het effect van aggregatie op optische eigenschappen

De optische eigenschappen van gouden nanodeeltjes veranderen wanneer deeltjes aggregeren en de geleidingselektronen nabij elk deeltjesoppervlak gedelokaliseerd raken en gedeeld worden tussen naburige deeltjes. Wanneer dit gebeurt, verschuift de oppervlakteplasmonresonantie naar lagere energieën, waardoor de absorptie- en verstrooiingspieken roodverschuiven naar langere golflengten. UV-Visible spectroscopie kan worden gebruikt als een eenvoudige en betrouwbare methode om de stabiliteit van nanodeeltjesoplossingen te controleren. Naarmate de deeltjes destabiliseren, zal de oorspronkelijke extinctie piek in intensiteit afnemen (als gevolg van de uitputting van stabiele nanodeeltjes), en vaak zal de piek verbreden of een secundaire piek zal vormen op langere golflengten (als gevolg van de vorming van aggregaten). In de figuur rechts is het extinctiespectrum van 12 nm gefunctionaliseerde NanoXact goud dat carboxy (-COOH) groepen op het oppervlak heeft gecontroleerd als de oplossing pH wordt gewijzigd van 6,5 tot 3. Als de oplossing zuurder wordt, wordt de carboxy groep geprotoneerd en de zeta potentiaal wordt verminderd wat resulteert in gedestabiliseerde nanodeeltjes die aggregeren. De snelle verandering in het extinctiespectrum naarmate de pH daalt, toont duidelijk aan dat de nanodeeltjes agglomereren. Een soortgelijk signaal wordt waargenomen in oplossingen waar niet gefunctionaliseerde nanodeeltjes destabiliseren en aggregeren. UV-Visible spectroscopie kan worden gebruikt als een karakteriseringstechniek die informatie verschaft over de vraag of de nanodeeltjesoplossing in de loop der tijd gedestabiliseerd is.

Extinctiespectra van gedispergeerde en geagglomereerde NanoXact-gouden nanodeeltjes.

Afbeeldingen van gedispergeerde (links) en geagglomereerde (rechts) NanoXact-gouden nanodeeltjes.Geaggregeerde gouden nanodeeltjes hebben een rode kleur in oplossing, zoals te zien is op de afbeelding rechts. Als de deeltjes aggregeren, zal de oplossing blauw/paars lijken en kan overgaan in een heldere oplossing met zwarte precipitaten.

Terug naar boven

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *