Guld nanopartiklar, topp, skapad av Rice University lab av Eugene Zubarev antar formen av starfruit, Nedan, i ett kemiskt bad med silvernitrat, askorbinsyra och guldklorid. Upphovsman:Zubarev Lab/Rice University
(PhysOrg.com) - De ser ut som frukt, och verkligen nanoskala stjärnorna i ny forskning vid Rice University har goda konsekvenser för medicinsk bildbehandling och kemisk avkänning.
Stjärnfruktformade guldnanoroder syntetiserade av kemisten Eugene Zubarev och Leonid Vigderman, en doktorand i sitt laboratorium vid Rice's BioScience Research Collaborative, kan ge näring till applikationer som är beroende av ytförstärkt Raman-spektroskopi (SERS).
Forskningen dök upp online denna månad i American Chemical Society journal Langmuir .
Forskarna fann att deras partiklar returnerade signaler 25 gånger starkare än liknande nanoroder med släta ytor. Det kan i slutändan göra det möjligt att upptäcka mycket små mängder av sådana organiska molekyler som DNA och biomarkörer, finns i kroppsvätskor, för särskilda sjukdomar.
"Det finns ett stort intresse för att känna av applikationer, Sade Zubarev, docent i kemi. “SERS utnyttjar guldets förmåga att förbättra elektromagnetiska fält lokalt. Fält kommer att koncentrera sig på specifika defekter, som de vassa kanterna på våra nanostarr, och det kan hjälpa till att upptäcka närvaron av organiska molekyler vid mycket låg koncentration. ”
SERS kan detektera organiska molekyler själva, men närvaron av en guldyta ökar effekten kraftigt, Zubarev sa. "Om vi tar spektrumet av organiska molekyler i lösning och jämför det med när de adsorberas på en guldpartikel, skillnaden kan vara miljontals gånger, Sa han. Potentialen att ytterligare öka den starkare signalen med en faktor 25 är betydande, han sa.
Nanostarfruits börjar som guld nanotrådar med femkantiga tvärsnitt. Riskemisten Eugene Zubarev tror att silverjoner och bromid kombineras för att bilda ett olösligt salt som hämmar partikeltillväxt längs pentagonernas plana ytor. Upphovsman:Zubarev Lab/Rice University
Zubarev och Vigderman odlade satser av de stjärnformade stavarna i ett kemiskt bad. De började med fröpartiklar av mycket renade guldnanoroder med femkantiga tvärsnitt utvecklade av Zubarevs lab 2008 och tillsatte dem till en blandning av silvernitrat, askorbinsyra och guldklorid.
Över 24 timmar, partiklarna fyllde upp till 550 nanometer långa och 55 nanometer breda, många med spetsiga ändar. Partiklarna tar på sig åsar längs deras längder; fotograferad nedåt med ett elektronmikroskop, de ser ut som staplar av stjärnformade kuddar.
Varför femkantarna förvandlas till stjärnor är fortfarande lite av ett mysterium, Zubarev sa:men han var villig att spekulera. ”Länge, vår grupp har varit intresserad av storleksförstärkning av partiklar, Sa han. "Tillsätt bara guldklorid och ett reduktionsmedel till guldnanopartiklar, och de blir tillräckligt stora för att ses med ett optiskt mikroskop. Men i närvaro av silvernitrat och bromidjoner, saker händer annorlunda. ”
När Zubarev och Vigderman tillsatte ett vanligt ytaktivt ämne, cetyltrimetylammoniumbromid (aka CTAB), till blandningen, bromiden kombinerad med silverjonerna för att producera ett olösligt salt. ”Vi tror att en tunn film av silverbromid bildas på stavarnas sidoytor och delvis blockerar dem, ”Sa Zubarev.
Detta bromsade i sin tur avsättningen av guld på de plana ytorna och gjorde det möjligt för nanoroderna att samla mer guld vid pentagons punkter, där de växte in i åsarna som gav stavarna deras stjärnliknande tvärsnitt. ”Silverbromid kommer sannolikt att blockera plana ytor mer effektivt än vassa kanter mellan dem, Sa han.
Forskarna försökte ersätta silver med andra metalljoner som koppar, kvicksilver, järn och nickel. Alla producerade relativt släta nanoroder. ”Till skillnad från silver, ingen av dessa fyra metaller bildar olösliga bromider, och det kan förklara varför förstärkningen är mycket enhetlig och leder till partiklar med släta ytor, Sa han.
Forskarna växte också längre nanotrådar som, tillsammans med deras optiska fördelar, kan ha unika elektroniska egenskaper. Pågående experiment med Stephan Link, en biträdande professor i kemi och kemisk och biomolekylär teknik, kommer att hjälpa till att karakterisera starfruit nanotrådarnas förmåga att överföra en plasmonisk signal. Det kan vara användbart för vågledare och andra optoelektroniska enheter.
Men det primära intresseområdet för Zubarevs laboratorium är biologiskt. "Om vi kan modifiera ytjämnheten så att biologiska molekyler av intresse kommer att adsorbera selektivt på ytan av våra robusta nanoroder, då kan vi börja titta på mycket låga koncentrationer av DNA eller cancerbiomarkörer. Det finns många cancerformer där diagnosen beror på den lägsta koncentrationen av biomarkören som kan detekteras. ”
