Meniu Închide

Nanoparticule de aur: Proprietăți optice

Nanoparticulele de aur absorb și împrăștie lumina cu o eficiență extraordinară. Interacțiunea lor puternică cu lumina are loc deoarece electronii de conducție de pe suprafața metalului suferă o oscilație colectivă atunci când sunt excitați de lumină la anumite lungimi de undă. Această oscilație este cunoscută sub numele de rezonanță plasmonică de suprafață (SPR) și face ca intensitățile de absorbție și dispersie ale nanoparticulelor de aur să fie mult mai mari decât cele ale nanoparticulelor neplasmonice de dimensiuni identice. Proprietățile de absorbție și împrăștiere ale nanoparticulelor de aur pot fi reglate prin controlul dimensiunii și formei particulelor, precum și al indicelui de refracție local din apropierea suprafeței particulelor.

Efectul dimensiunii asupra proprietăților optice

Proprietățile optice ale nanoparticulelor sferice de aur depind în mare măsură de diametrul nanoparticulelor. Spectrele de extincție a 15 dimensiuni de nanoparticule de aur NanoXact Gold la concentrații masice identice (0,02 mg/mL) sunt afișate în figura de mai jos. Nano-sferele mai mici absorb în principal lumina și au vârfuri în apropiere de 520 nm, în timp ce sferele mai mari prezintă o dispersie crescută și au vârfuri care se lărgesc semnificativ și se deplasează spre lungimi de undă mai mari (cunoscute sub numele de red-shifting). Sferele mai mari împrăștie mai multă lumină atât pentru că au secțiuni optice transversale mai mari, cât și pentru că albedo-ul lor (un raport între împrăștiere și extincție totală) crește odată cu dimensiunea. Nanoparticulele de aur sunt adesea utilizate ca etichete de bioimagistică în tehnicile de microscopie în câmp întunecat, unde poate fi observată împrăștierea de la nanoparticulele individuale cu diametre mai mari de 40-50 nm.

Spectrele de extincție (suma dintre împrăștiere și absorbție) ale nanoparticulelor de aur NanoXact cu diametre cuprinse între 10 și 100 nm la concentrații masice de 0,05 mg/mL. Nanoparticulele BioPure au densități optice de 20 de ori mai mari.

Spectrele de împrăștiere ale nanosferelor de aur cu diametru variabil.

Albedo-ul nanosferelor de aur (raportul dintre împrăștiere și extincția totală) în funcție de diametrul nanoparticulelor.

Back to top

Efectul indicelui de refracție local asupra proprietăților optice

Proprietățile optice ale nanoparticulelor de aur depind, de asemenea, de indicele de refracție din apropierea suprafeței nanoparticulelor. Pe măsură ce indicele de refracție din apropierea suprafeței nanoparticulelor crește, spectrul de extincție al nanoparticulelor se deplasează spre lungimi de undă mai mari (cunoscut sub numele de red-shifting). Practic, acest lucru înseamnă că locația vârfului de extincție a nanoparticulelor se va deplasa spre lungimi de undă mai scurte (blue-shift) dacă particulele sunt transferate din apă (n=1,33) în aer (n=1,00) sau se va deplasa spre lungimi de undă mai mari dacă particulele sunt transferate în ulei (n=1,5). Figura de mai jos prezintă spectrul de extincție calculat al unei nanosfere de aur de 50 nm pe măsură ce crește indicele de refracție local. Creșterea indicelui de refracție de la 1,00 la 1,60 duce la o deplasare a vârfului de extincție cu peste 40 nm, mutând vârful din regiunea verde în regiunea roșie a spectrului. Atunci când este încorporată în materiale cu indice ridicat, secțiunea transversală de extincție crește substanțial.

Spectrele de extincție ale unei nanosfere de aur de 50 nm în aer, apă și silice. Pe măsură ce indicele de refracție al mediului crește, spectrul de extincție al nanoparticulei se deplasează spre lungimi de undă mai mari.

În mod similar, vârful de extincție poate fi reglat prin acoperirea nanoparticulelor apoase cu învelișuri neconductoare, inclusiv silice (n=1,5), biomolecule (n=1,4-1,45) sau oxid de aluminiu (n=1.58-1,68).

Înapoi sus

Efectul agregării asupra proprietăților optice

Proprietățile optice ale nanoparticulelor de aur se modifică atunci când particulele se agregă, iar electronii de conducție din apropierea suprafeței fiecărei particule devin delocalizați și sunt împărțiți între particulele vecine. Când se întâmplă acest lucru, rezonanța plasmonului de suprafață se deplasează la energii mai mici, determinând deplasarea spre roșu a vârfurilor de absorbție și de împrăștiere la lungimi de undă mai mari. Spectroscopia UV-Vizibil poate fi utilizată ca o metodă simplă și fiabilă de monitorizare a stabilității soluțiilor de nanoparticule. Pe măsură ce particulele se destabilizează, vârful original de extincție va scădea în intensitate (din cauza epuizării nanoparticulelor stabile) și, adesea, vârful se va lărgi sau se va forma un vârf secundar la lungimi de undă mai mari (din cauza formării de agregate). În figura din dreapta, spectrul de extincție al aurului NanoXact funcționalizat de 12 nm care are la suprafață grupe carboxi (-COOH) este monitorizat pe măsură ce pH-ul soluției este modificat de la 6,5 la 3. Pe măsură ce soluția devine mai acidă, grupa carboxi este protonată, iar potențialul zeta este redus, ceea ce duce la nanoparticule destabilizate care se agregă. Schimbarea rapidă a spectrului de extincție pe măsură ce pH-ul scade demonstrează clar că nanoparticulele se aglomerează. Un semnal similar este observat în soluțiile în care nanoparticulele nefuncționalizate se destabilizează și se agregă. Spectroscopia UV-Vizibil poate fi utilizată ca o tehnică de caracterizare care oferă informații despre faptul dacă soluția de nanoparticule s-a destabilizat în timp.

Spectrele de extincție ale nanoparticulelor de aur NanoXact dispersate și aglomerate.

Imagini de nanoparticule de aur NanoXact dispersate (stânga) și aglomerate (dreapta).Nanoparticulele de aur neaglomerate vor avea o culoare roșie în soluție, așa cum se vede în imaginea din dreapta. Dacă particulele se aglomerează, soluția va apărea albastră/violetă și poate evolua spre o soluție limpede cu precipitații negre.

Înapoi sus

.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *