Ученые прилагают немало усилий для синтеза неорганических материалов с одинаковыми нано- и микроразмерными структурными элементами. Для этих целей очень соблазнительно воспользоваться природными структурами в качестве матрицы. К примеру, многие вирусные частицы (вирионы) имеют протяженную форму, и если на их поверхность контролируемо нанести металлические наночастицы, можно получить одномерные объекты, для которых имеется потенциальное применение – в наноэлектрических цепях.
Большой популярностью у исследователей пользуется вирус табачной мозаики (TMV). Частицы этого вируса представляют собой полый цилиндр, длина которого равна 300 нм, внешний диаметр – 18 нм, диаметр внутренней полости – 4 нм (рисунок 1).
Британские ученые решили улучшить методику синтеза нанопроводов на основе TMV. В качестве источника металла они использовали золотохлористоводородную кислоту HAuCl4, в качестве восстанавливающего агента – боргидрид натрия NaBH4. Обычно вирусные частицы инкубируют с HAuCl4 от получаса до трех часов, надеясь, что за это время анионы [AuCl4]- расположатся около положительно заряженных аминокислот на поверхности вириона; затем восстанавливают золото добавлением NaBH4. Однако вот беда: большая часть вирусных частиц при этом остается непокрытой металлом, а образовавшиеся металлические наночастицы имеют неодинаковые размеры.
Усовершенствование состояло в том, что золото восстанавливали не за один прием, а за пять циклов последовательного добавления HAuCl4 и NaBH4. Это дало сразу несколько преимуществ. Во-первых, образующиеся наночастицы имели одинаковые размеры и все как одна были тесно связаны с вирионом-матрицей. В контрольном эксперименте эквивалентные пяти циклам количества золотохлористоводородной кислоты и затем боргидрида натрия были добавлены в один прием. В результате получались золотые частицы разнообразных форм и размеров, а золотое покрытие вирионов в целом имело неравномерную толщину, что хорошо видно на рисунке 2a. Теперь же этой проблемы удалось избежать (рисунок 2b).
Во-вторых, разбиение процесса на циклы позволило сократить время инкубации вирионов TMV с HAuCl4 до 15 и менее минут на один цикл. Авторы работы говорят, что при больших временах инкубации на поверхности вириона начинается биоиндуцированное восстановление золота (еще до добавления восстановителя), а это приводит к формированию частиц разных размеров.
Кроме того, после первого цикла в реакционную смесь добавили этанол (до соотношения объема этанола к воде 75:25) – в этом случае наночастицы золота не слипаются друг с другом. Наконец, после завершения всех циклов добавляли поли-L-лизин, иначе свежеполученные золотые нанопровода слипались намертво в течение ночи. После обработки поли-L-лизином их можно было хранить месяцами.
На рисунке 3 видно, как с каждым циклом растет размер золотых наночастиц и как плотно и равномерно прилегают они к вирусной частице. К пятому циклу их диаметр составляет около 10 нм, а вся гибридная бионеорганическая вирусно-золотая конструкция имеет около 30 нм в диаметре и 150-400 нанометров в длину. Непокрытых золотом вирионов TMV после пятого цикла обнаружено не было.
Работа «Preparation of high quality nanowires by tobacco mosaic virus templating of gold nanoparticles» опубликована в Journal of Materials Chemistry.
Большой популярностью у исследователей пользуется вирус табачной мозаики (TMV). Частицы этого вируса представляют собой полый цилиндр, длина которого равна 300 нм, внешний диаметр – 18 нм, диаметр внутренней полости – 4 нм (рисунок 1).
Британские ученые решили улучшить методику синтеза нанопроводов на основе TMV. В качестве источника металла они использовали золотохлористоводородную кислоту HAuCl4, в качестве восстанавливающего агента – боргидрид натрия NaBH4. Обычно вирусные частицы инкубируют с HAuCl4 от получаса до трех часов, надеясь, что за это время анионы [AuCl4]- расположатся около положительно заряженных аминокислот на поверхности вириона; затем восстанавливают золото добавлением NaBH4. Однако вот беда: большая часть вирусных частиц при этом остается непокрытой металлом, а образовавшиеся металлические наночастицы имеют неодинаковые размеры.
Усовершенствование состояло в том, что золото восстанавливали не за один прием, а за пять циклов последовательного добавления HAuCl4 и NaBH4. Это дало сразу несколько преимуществ. Во-первых, образующиеся наночастицы имели одинаковые размеры и все как одна были тесно связаны с вирионом-матрицей. В контрольном эксперименте эквивалентные пяти циклам количества золотохлористоводородной кислоты и затем боргидрида натрия были добавлены в один прием. В результате получались золотые частицы разнообразных форм и размеров, а золотое покрытие вирионов в целом имело неравномерную толщину, что хорошо видно на рисунке 2a. Теперь же этой проблемы удалось избежать (рисунок 2b).
Во-вторых, разбиение процесса на циклы позволило сократить время инкубации вирионов TMV с HAuCl4 до 15 и менее минут на один цикл. Авторы работы говорят, что при больших временах инкубации на поверхности вириона начинается биоиндуцированное восстановление золота (еще до добавления восстановителя), а это приводит к формированию частиц разных размеров.
Кроме того, после первого цикла в реакционную смесь добавили этанол (до соотношения объема этанола к воде 75:25) – в этом случае наночастицы золота не слипаются друг с другом. Наконец, после завершения всех циклов добавляли поли-L-лизин, иначе свежеполученные золотые нанопровода слипались намертво в течение ночи. После обработки поли-L-лизином их можно было хранить месяцами.
На рисунке 3 видно, как с каждым циклом растет размер золотых наночастиц и как плотно и равномерно прилегают они к вирусной частице. К пятому циклу их диаметр составляет около 10 нм, а вся гибридная бионеорганическая вирусно-золотая конструкция имеет около 30 нм в диаметре и 150-400 нанометров в длину. Непокрытых золотом вирионов TMV после пятого цикла обнаружено не было.
Работа «Preparation of high quality nanowires by tobacco mosaic virus templating of gold nanoparticles» опубликована в Journal of Materials Chemistry.
