Nanocząstki złota

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Nanocząstki złota (złoto koloidalne) – cząstki złota o rozmiarze między 1 a 100 nm. Zazwyczaj zawieszone są w roztworze wodnym, który może przyjmować barwę czerwoną, rzadziej niebieską lub fioletową (barwa zależna od kształtu i rozmiaru nanocząstek)[1]. Na drodze różnych metod syntezy można otrzymać nanocząstki o różnych kształtach: sfery, gwiazdki, sześciany, rurki[2]. Ze względu na swoje właściwości, nanocząstki złota są ważnym materiałem do zastosowań w różnych dziedzinach nauki, m.in. w biomedycynie[3].

Otrzymywanie[edytuj | edytuj kod]

Metoda Turkevicha i jej modyfikacje[edytuj | edytuj kod]

Pierwsza metoda syntezy nanocząstek złota została opisana przez J. Turkevicha w 1951 r.[4]. Polega ona na reakcji gorącego kwasu chlorozłotowego z cytrynianem sodu, który pełni rolę reduktora i stabilizatora. Reakcja prowadzona jest w wodzie. Metoda została udoskonalona przez Frensa poprzez kontrolowanie rozmiaru otrzymanych nanocząstek za pomocą stosunku dodawanych reagentów[5]. Procedurę te stosuje się zwykle do otrzymania nanocząstek sferycznych o średnicy 10-20 nm, chociaż możliwe jest również otrzymanie większych cząstek (nawet do 100 nm). Navarro wprowadził modyfikację pozwalającą na otrzymanie stabilnych nanocząstek o rozmiarach większych od 30 nm[6].

Metoda Brusta-Schiffrina[edytuj | edytuj kod]

Metoda opisana w 1994 r., pozwalająca na otrzymywanie nanocząstek złota w rozpuszczalnikach organicznych[7]. Opiera się na reakcji kwasu chlorozłotowego z toluenowym roztworem bromku tetraoktyloamoniowego (TOAB) oraz borowodorkiem sodu jako reduktorem. W wyniku reakcji otrzymuje się małe nanocząstki (1,5 do 5 nm).

Metody biologiczne[edytuj | edytuj kod]

Nanocząstki złota mogą zostać otrzymane przy użyciu roślin[8] lub bakterii[9].

Otrzymywanie nanocząstek o różnych kształtach[edytuj | edytuj kod]

Z pomocą odpowiednich metod syntezy można otrzymać nanocząstki o kształcie gwiazdek[10], sześcianów[11] czy rurek[12].

Właściwości[edytuj | edytuj kod]

Nanocząstki złota mają zdolność zarówno do pochłaniania, jak i rozpraszania światła[13], co sprawia, że przyjmują różne barwy: od czerwieni przez niebieską do czarnej (zależne od wielkości i kształtu). Powodem występowania tych kolorów jest powierzchniowy rezonans plazmonowy. Złoto koloidalne charakteryzuje się niewysoką toksycznością[14][15] oraz wysoką biokompatybilnością[16]. Przydatną właściwością nanocząstek jest duży stosunek ich powierzchni do objętości. Właściwości nanocząstek różnią się w zależności od kształtu i rozmiaru[17].

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

Nanocząstki złota cieszą się bardzo dużą popularnością w biomedycynie. Ich różnorodne cechy znalazły wiele zastosowań, między innymi opisane poniżej.

Biosensory[edytuj | edytuj kod]

Nanocząstki złota są używane w biosensorach do detekcji molekuł takich jak: cukry[18], nukleotydy[19], DNA[20], białka[21][22], toksyny[23], wirusy[24]. Działanie sensorów może być oparte na różnorodnych technikach analitycznych: kolorymetrii (zmiany barwy nanocząstek po agregacji)[25], fluorescencji (gaszenie fluorescencji przez nanocząstki) czy spektroskopii SERS (nanocząstki stosowane jako podłoża, na których adsorbowane są analizowane molekuły)[26].

Transport leków[27][edytuj | edytuj kod]

Duży stosunek powierzchni do objętości nanocząstek złota umożliwia pokrywanie ich powierzchni setkami cząsteczek, w tym środkami terapeutycznymi. Możliwość otrzymania różnorodnych kształtów nanocząstek zwiększa ich atrakcyjność jako nośnika leków.

Inne[edytuj | edytuj kod]

Nanocząstki złota wykorzystywane są jako katalizatory w reakcjach chemicznych[28], jako przewodniki w elektronice[29], jako sondy do obrazowania biologicznego[30] czy do monitorowania wewnątrzkomórkowego pH[31].

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Kim E. Sapsford i inni, Functionalizing Nanoparticles with Biological Molecules: Developing Chemistries that Facilitate Nanotechnology, „Chemical Reviews”, 113 (3), 2013, s. 1904–2074, DOI10.1021/cr300143v, ISSN 0009-2665 [dostęp 2019-11-04].
  2. Khalid Alaqad, Tawfik A Saleh, Gold and Silver Nanoparticles: Synthesis Methods, Characterization Routes and Applications towards Drugs, „Journal of Environmental & Analytical Toxicology”, 6 (4), 2016, DOI10.4172/2161-0525.1000384 [dostęp 2019-11-04].
  3. Daniela Cabuzu, Andreea Cirja, Rebecca Puiu and Alexandru Mihai Grumezescu, Biomedical Applications of Gold Nanoparticles, Current Topics in Medicinal Chemistry, 31 lipca 2015, DOI10.2174/1568026615666150414144750 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  4. John Turkevich, Peter Cooper Stevenson, James Hillier, A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold, „Discussions of the Faraday Society”, 11, 1951, s. 55, DOI10.1039/df9511100055, ISSN 0366-9033 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  5. G. Frens, Controlled Nucleation for the Regulation of the Particle Size in Monodisperse Gold Suspensions, „Nature Physical Science”, 241 (105), 1973, s. 20–22, DOI10.1038/physci241020a0, ISSN 2058-1106 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  6. Julien R.G. Navarro i inni, Nanocarriers with ultrahigh chromophore loading for fluorescence bio-imaging and photodynamic therapy, „Biomaterials”, 34 (33), 2013, s. 8344–8351, DOI10.1016/j.biomaterials.2013.07.032 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  7. Mathias Brust i inni, Synthesis of thiol-derivatised gold nanoparticles in a two-phase Liquid–Liquid system, „J. Chem. Soc., Chem. Commun.”, 0 (7), 1994, s. 801–802, DOI10.1039/C39940000801, ISSN 0022-4936 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  8. Jae Yong Song, Hyeon-Kyeong Jang, Beom Soo Kim, Biological synthesis of gold nanoparticles using Magnolia kobus and Diopyros kaki leaf extracts, „Process Biochemistry”, 44 (10), 2009, s. 1133–1138, DOI10.1016/j.procbio.2009.06.005, ISSN 1359-5113 [dostęp 2019-11-04].
  9. Kalimuthu Kalishwaralal i inni, Biological synthesis of gold nanocubes from Bacillus licheniformis, „Bioresource Technology”, 100 (21), 2009, s. 5356–5358, DOI10.1016/j.biortech.2009.05.051, ISSN 0960-8524 [dostęp 2019-11-04].
  10. Yanxiao Li, Jie Ma, Zhanfang Ma, Synthesis of gold nanostars with tunable morphology and their electrochemical application for hydrogen peroxide sensing, „Electrochimica Acta”, 108, 2013, s. 435–440, DOI10.1016/j.electacta.2013.06.141, ISSN 0013-4686 [dostęp 2019-11-04].
  11. Matthias Thiele i inni, Gold nanocubes – Direct comparison of synthesis approaches reveals the need for a microfluidic synthesis setup for a high reproducibility, „Chemical Engineering Journal”, 288, 2016, s. 432–440, DOI10.1016/j.cej.2015.12.020, ISSN 1385-8947 [dostęp 2019-11-04].
  12. Jorge Pérez-Juste i inni, Gold nanorods: Synthesis, characterization and applications, „Coordination Chemistry Reviews”, 249 (17), 36th International Conference on Coordination Chemistry, Merida, Mexico, July 2004, 2005, s. 1870–1901, DOI10.1016/j.ccr.2005.01.030, ISSN 0010-8545 [dostęp 2019-11-04].???
  13. Michele L. Anderson i inni, Colloidal Gold Aerogels: Preparation, Properties, and Characterization, „Langmuir”, 15 (3), 1999, s. 674–681, DOI10.1021/la980784i, ISSN 0743-7463 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  14. Ilaria Fratoddi i inni, How toxic are gold nanoparticles? The state-of-the-art, „Nano Research”, 8 (6), 2015, s. 1771–1799, DOI10.1007/s12274-014-0697-3, ISSN 1998-0000 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  15. Nikolai Khlebtsov, Lev Dykman, ChemInform Abstract: Biodistribution and Toxicity of Engineered Gold Nanoparticles: A Review of in vitro and in vivo Studies, „ChemInform”, 42 (27), 2011, no–no, DOI10.1002/chin.201127274, ISSN 0931-7597 [dostęp 2019-11-04].
  16. Antonina Orlando i inni, Evaluation of gold nanoparticles biocompatibility: a multiparametric study on cultured endothelial cells and macrophages, „Journal of Nanoparticle Research”, 18 (3), 2016, s. 58, DOI10.1007/s11051-016-3359-4, ISSN 1388-0764 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  17. Tanira V. Verissimo i inni, In vitro cytotoxicity and phototoxicity of surface-modified gold nanoparticles associated with neutral red as a potential drug delivery system in phototherapy, „Materials Science and Engineering: C”, 65, 2016, s. 199–204, DOI10.1016/j.msec.2016.04.030 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  18. Kadir Aslan i inni, Saccharide Sensing Using Gold and Silver Nanoparticles-A Review, „Journal of Fluorescence”, 14 (4), 2004, s. 391–400, DOI10.1023/B:JOFL.0000031820.17358.28, ISSN 1053-0509 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  19. Edyta Pyrak, Aleksandra Jaworska, Andrzej Kudelski, SERS Studies of Adsorption on Gold Surfaces of Mononucleotides with Attached Hexanethiol Moiety: Comparison with Selected Single-Stranded Thiolated DNA Fragments, „Molecules”, 24 (21), 2019, s. 3921, DOI10.3390/molecules24213921 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  20. Edyta Pyrak i inni, Surface Enhanced Raman Spectroscopy for DNA Biosensors—How Far Are We?, „Molecules”, 24 (24), 2019, s. 4423, DOI10.3390/molecules24244423, PMID31817059, PMCIDPMC6943648 [dostęp 2020-04-27] (ang.).
  21. C. Nietzold, F. Lisdat, Fast protein detection using absorption properties of gold nanoparticles, „The Analyst”, 137 (12), 2012, s. 2821, DOI10.1039/c2an35054h, ISSN 0003-2654 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  22. Maria António i inni, Functionalized Gold Nanoparticles for the Detection of C-Reactive Protein, „Nanomaterials”, 8 (4), 2018, s. 200, DOI10.3390/nano8040200, ISSN 2079-4991, PMID29597295, PMCIDPMC5923530 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  23. Adria Neeley i inni, Selective Detection of Chemical and Biological Toxins Using Gold-Nanoparticle-Based Two-Photon Scattering Assay, „IEEE Transactions on Nanotechnology”, 10 (1), 2011, s. 26–34, DOI10.1109/TNANO.2010.2076340, ISSN 1536-125X [dostęp 2019-11-04].
  24. Mohamed Shehata Draz, Hadi Shafiee, Applications of gold nanoparticles in virus detection, „Theranostics”, 8 (7), 2018, s. 1985–2017, DOI10.7150/thno.23856, ISSN 1838-7640, PMID29556369, PMCIDPMC5858513 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  25. Suriyapha Jongjinakool i inni, Gold Nanoparticles-based Colorimetric Sensor for Cysteine Detection, „Energy Procedia”, 56, 11th Eco-Energy and Materials Science and Engineering (11th EMSES), 2014, s. 10–18, DOI10.1016/j.egypro.2014.07.126, ISSN 1876-6102 [dostęp 2019-11-04].???, 1 stycznia
  26. Chuanpin Chen i inni, Novel Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Techniques for DNA, Protein and Drug Detection, „Sensors”, 19 (7), 2019, s. 1712, DOI10.3390/s19071712, ISSN 1424-8220, PMID30974797, PMCIDPMC6480126 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  27. Fen-Ying Kong i inni, Unique Roles of Gold Nanoparticles in Drug Delivery, Targeting and Imaging Applications, „Molecules”, 22 (9), 2017, s. 1445, DOI10.3390/molecules22091445, ISSN 1420-3049, PMID28858253, PMCIDPMC6151763 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  28. David T. Thompson, Using gold nanoparticles for catalysis, „Nano Today”, 2 (4), 2007, s. 40–43, DOI10.1016/S1748-0132(07)70116-0, ISSN 1748-0132 [dostęp 2019-11-04].
  29. Daniel Huang i inni, Plastic-Compatible Low Resistance Printable Gold Nanoparticle Conductors for Flexible Electronics, „Journal of The Electrochemical Society”, 150 (7), 2003, G412, DOI10.1149/1.1582466, ISSN 0013-4651 [dostęp 2019-11-04].
  30. S.D. Perrault, W.C.W. Chan, In vivo assembly of nanoparticle components to improve targeted cancer imaging, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 107 (25), 2010, s. 11194–11199, DOI10.1073/pnas.1001367107, ISSN 0027-8424, PMID20534561, PMCIDPMC2895069 [dostęp 2019-11-04] (ang.).
  31. Aleksandra Jaworska i inni, SERS-based monitoring of the intracellular pH in endothelial cells: the influence of the extracellular environment and tumour necrosis factor-α, „The Analyst”, 140 (7), 2015, s. 2321–2329, DOI10.1039/C4AN01988A, ISSN 0003-2654 [dostęp 2019-11-04] (ang.).