Золотые наночудеса: Раскрытие оптической и электронной мощи

Описание

Частицы золота демонстрируют особое поведение при попадании на них света и прекрасно проводят электричество. Оптические и электронные свойства этих частиц делают их полезными в различных отраслях, от визуализации рака до гибкой электроники и химических реакций.

Оптические свойства наночастиц золота

Золотые наночастицы известны тем, как они взаимодействуют со светом. Их малый размер вызывает явление, называемое поверхностным плазмонным резонансом. Это означает, что свет заставляет электроны в этих частицах вибрировать вместе. Цвет и поглощение света меняются, когда частицы становятся меньше или больше. Например, маленькие частицы золота при определенном освещении могут казаться рубиново-красными.

Частицы демонстрируют настраиваемое оптическое поведение. Они могут рассеивать свет и даже производить флуоресценцию. Их цвет может меняться в зависимости от размера частиц. Рассеяние света важно для визуализации. Флуоресценция может помочь в маркировке и отслеживании клеток.

Форма частиц имеет большое значение. Стержни и сферы меняют способ перемещения света. Окружающая среда также играет определенную роль. Жидкость или твердое тело вокруг частиц может изменить поглощение света. Многие эксперименты показывают, что если частицы находятся в воде или масле, они меняют свою оптическую сигнатуру. Это делает их очень полезными для датчиков и инструментов визуализации.

Электронные свойства наночастиц золота

На наноуровне золото не перестает впечатлять. Золотые наночастицы обладают очень высокой электропроводностью. Это означает, что они позволяют электронам легко перемещаться. Они хорошо работают даже при очень малых размерах материала.

Частицы совместимы с гибкими подложками. Они хорошо работают на пластиковых пленках и других сгибаемых материалах. Это очень важно для печатной или гибкой электроники. Исследователи обнаружили, что золотые наночастицы можно использовать в качестве проводящих чернил. Проводники с низким сопротивлением востребованы в современных носимых устройствах и электронных гаджетах.

Возможность печатать эти крошечные проводники открывает новые двери для недорогих методов производства. Эти наночастицы помогают создавать очень маленькие схемы и детали, которые могут быть слишком малы для обычных проводов.

Применение на основе оптических свойств

Оптические свойства золотых наночастиц превратили их в полезный инструмент во многих областях. При визуализации и диагностике рака эти частицы помогают врачам лучше видеть опухоли. Они прикрепляются к раковым клеткам и загораются под воздействием лазера. Таким образом, медики получают четкую картину.

Исследователи также изучали их для обнаружения заболеваний по дыханию. Дыхание пациента может содержать небольшие изменения, которые улавливают золотые наночастицы. Этот метод менее инвазивен и может позволить обнаружить болезнь на ранней стадии.

Еще одна область - биосенсинг безопасности пищевых продуктов. Наночастицы золота в биосенсорах могут улавливать бактерии или токсины в продуктах питания. Простое изменение цвета может указать на то, что пища небезопасна.

Целевая фотодинамическая терапия использует свет для активации частиц. После активации они вызывают реакцию, которая убивает клетки заболевания. Этот метод помогает поражать конкретные цели, не повреждая здоровые ткани.

Читать далее: Лечение рака молочной железы с помощью золотых наночастиц

Применение на основе электронных свойств

Отличная электронная проводимость золотых наночастиц имеет множество практических применений. Гибкая и печатная электроника получает огромную пользу от этих частиц. Они используются для создания схем, которые могут гнуться и не ломаться.

Наноразмерные межсоединения - еще одна область применения этих частиц. Они могут использоваться в качестве крошечных проводов для соединения различных частей схемы. Проводящие чернила на основе наночастиц золота упрощают печать электронных деталей на различных подложках.

В области доставки лекарств и систем контролируемого высвобождения частицы работают как крошечные носители. Их отличная проводимость иногда может быть использована для запуска высвобождения лекарств. Это перспективная тема для медицинских исследований, направленных на точную, контролируемую терапию.

Каталитическое применение

Наночастицы золота также служат катализаторами химических реакций. Их высокая площадь поверхности и реакционная способность ускоряют многочисленные процессы. Во многих случаях небольшое количество этих частиц может значительно увеличить скорость реакции.

Они используются в таких процессах, как реакции окисления и многие другие химические синтезы. Благодаря своему размеру они предоставляют больше активных площадок для реактивов, чем обычное золото. Это приводит к повышению эффективности и снижению стоимости некоторых этапов химического производства.

Высокая реакционная способность не означает, что они нестабильны. Исследователи показали, что частицы хорошо работают в различных средах. Их можно использовать в газофазных реакциях или в жидкостях, в зависимости от необходимости. Их каталитическая роль открывает двери для многих промышленных процессов.

Сводная таблица: Области применения наночастиц золота

Заключение

Золотые наночастицы обладают впечатляющими оптическими и электронными возможностями. Способность взаимодействовать со светом позволяет им работать в области визуализации, зондирования и целевой терапии. В то же время высокая электропроводность делает их ключевыми для гибких схем и наноразмерных проводов. Дополнительную ценность им придает роль катализаторов. В общем, эти крошечные чудеса очень перспективны в медицине, электронике и промышленности. О других наночудесах можно узнать в Stanford Advanced Materials (SAM).

Часто задаваемые вопросы

F: Как золотые наночастицы помогают в визуализации рака?
В: Они прикрепляются к раковым клеткам и светятся под воздействием лазерного излучения, давая четкие изображения мест расположения опухоли.

F: Как работает фотодинамическая терапия с использованием золотых наночастиц?
В: Свет активирует наночастицы, в результате чего образуются реактивные виды, которые поражают и убивают аномальные клетки.

F: Почему золотые наночастицы используются в гибкой электронике?
В: Они обладают высокой электропроводностью и могут быть интегрированы в сгибаемые, печатные схемы с низким сопротивлением.

Ссылки:

1. Али, М. Е., Мустафа, С., Хашим, У., Че Ман, Й. Б., и Фу, К. Л. (2012). Нанобиозонд для определения фальсификации свинины в рецептурах бургеров. Journal of Nanomaterials, 2012, 1-7. https://doi.org/10.1155/2012/832387

2. Браун С. Д., Нативо П., Смит Дж., Стирлинг Д., Эдвардс П. Р., Венугопал Б., Флинт Д. Дж., Пламб Дж. А., Грэм Д. и Вит Н. Дж. (2010). Золотые наночастицы для улучшенной противораковой доставки активного компонента оксалиплатина. Journal of the American Chemical Society, 132(13), 4678-4684. https://doi.org/10.1021/ja908117a

3. Huang, D., Liao, F., Molesa, S., Redinger, D., & Subramanian, V. (2003). Совместимые с пластиком проводники из наночастиц золота с низким сопротивлением для гибкой электроники. Journal of The Electrochemical Society, 150(7), G412. https://doi.org/10.1149/1.1582466

4. Peng, G., Tisch, U., Adams, O., Hakim, M., Shehada, N., Broza, Y. Y., Billan, S., Abdah-Bortnyak, R., Kuten, A., & Haick, H. (2009). Диагностика рака легких в выдыхаемом воздухе с помощью золотых наночастиц. Nature Nanotechnology, 4(10), 669-673. https://doi.org/10.1038/nnano.2009.235

5. Perrault, S. D., & Chan, W. C. W. (2010). Сборка компонентов наночастиц in vivo для улучшения целевой визуализации рака. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(25), 11194-11199. https://doi.org/10.1073/pnas.1001367107

6. Стучинская, Т., Морено, М., Кук, М. Дж., Эдвардс, Д. Р., и Рассел, Д. А. (2011). Целенаправленная фотодинамическая терапия клеток рака молочной железы с использованием конъюгатов антитело-фталоцианин-золотые наночастицы. Photochemical & Photobiological Sciences, 10(5), 822. https://doi.org/10.1039/c1pp05014a

7. Thompson, D. T. (2007). Использование наночастиц золота для катализа. Nano Today, 2(4), 40-43. https://doi.org/10.1016/s1748-0132(07)70116-0