Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Зоопарк в багаже нанотехнолога

Ключевые слова:  МГУ, наночастицы, серебро

Автор(ы): Гудилин Е.А., Семенова А.А.

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

24 ноября 2020

Серебро в форме наночастиц - это целый мир, их форма и размер, а также то, как они вместе сосуществуют, играют очень большую роль в области их практического применения. И до сих пор это огромное разнообразие важно, и до сих пор оно оправдывает себя, и это редкий пример, когда именно наночастицы, а не только консолидированные наноматериалы и наноструктуры нужны для практики - биомедициной диагностики, плазмон-управляемых реакций, криминалистики и других областей знаний и умений.

Когда - то давно, в детстве, я читал и перечитывал взахлеб замечательную книжку Джеральда Даррелла "Зоопарк в моем багаже". Она, конечно, была о животных, самых разных, капризных, своенравных и совершенно милых. Прошло много времени, животными я не занялся, смелости не хватило, а вот с мертвыми, но замечательно прекрасными наночастицами пришлось начать возиться. Они, конечно, тоже своенравные и тоже капризные, порой даже очень. Все же зародышеобразование - одно из общеизвестных таинств матушки - Природы, а поведение ПАВ (поверхностно - активных веществ) является очень тонко настраиваемым инструментом. Вырастить правильную наночастицу, чтобы и форма та была, и размер нужный, не очень просто, особенно если их нужно растить много и всех одинаковых. По всей научной литературе раскиданы десятки, если не сотни методик получения наночастиц серебра, которые, в завивимости от формы и морфологии, зовут наносферами, нанозвездами, нанодисками, нанопирамидками, нанооктаэдрами, нанопалочками, наноиглами, нанокарандашами, нанопроволоками, наноцветами, наноежами, нанофрикадельками, нанорисинками, наномалиной, наноскелетиками, псевдоморфами, насколько у исследователей хватает фантазии (здесь даны лишь самые распространенные переводы на русский терминов из названий статей). И самое интересное, что большинство из этих наночастиц получаются из простых реактивов - нитрата серебра и / или реактива Толленса - комплексного диаммиаката гидроксида серебра (I), существующего в аммиачных растворах солей серебра. Зачем это нужно? Ученые прагматичны и любят не только эстетику, но и вполне понятные им функциональные свойства, за которые они во время выращивания наночастиц сражаются в лаборатории. Совсем недавно об этом мы опубликовали обзор "Soft chemistry of pure silver as unique plasmonic metal of the Periodic Table of Elements" в журнале Pure and Applied Chemistry.

Форма и размер наночастиц серебра (да и, собственно, другого суперпопулярного "нанометалла" золота) во многом предопределяют их плазмонные свойства - поведение колебаний "электронного газа", который штатно присутствует в наночастицах серебра и золота, собственно, именно потому, что они являются металлами. Смещение электронного газа относительно тяжелого катионного остова за счет взаимодействия с электрической компонентной электромагнитной волны, в поле фокуса которой попали наночастицы, является тем явлением, которое генерирует из наночастиц диполи, квадруполи, октаполи и другие варианты локального мгновенного распределения электромагнитного поля внутри и около наночастицы. Как разрешено стоячей волне колебаний электронного газа (квазичастице плазмону) распределиться в наночастице заданного размера, формы, анизотропии, так себя поле вокруг и ведет. Можно уподобить такие наночастицы своеобразным антеннам и резонансным "ловушкам", "концентраторам" электромагнитного поля, поскольку в области своего плазмонного резонанса они являются крайне эффективными поглотителями электромагнитных волн, что визуально вызывает целую радугу окрасок их коллоидных растворов даже если наночастицы присутствуют в растворе в ничтожно малой концентрации. Поэтому геометрические форма и размер - важнейшие факторы управления на наноуровне физическими характеристиками - полем наночастицы. И это умеют делать химики.

Соответственно, такие системы позволяют работать со светом в виде своеобразных оптических фильтров, включать частицы в оптоэлектронные устройства, фотокаталитические системы расщепления воды, управлять целым классом плазмон - индуцируемых химических реакций. Кроме того, наночастицы серебра и золота являются прародителями одного из уникальных методов, который естественным образом позволяет буквально “просканировать” электромагнитными щупальцами отдельные молекулы, в том числе биологической природы, маркеры нефтепродуктов и загрязнителей окружающей среды, лекарства, метаболиты и т.д. - спектроскопии гигантского комбинационого рассеяния (ГКР или SERS, Surface-Enhanced Raman Spectroscopy). Этот метод сочетает в себе несколько важных факторов. Во–первых, этот оптический метод анализа позволяет снизить мощность “потребляемого” в этом методе лазерного излучения более, чем на порядок величины, что позволяет сохранить в целости и сохранности тот объект (молекулы), который подвергается изучению. Во–вторых, чувствительность ГКР такова, что позволяет получить спектральные характеристики от отдельных молекул, поскольку коэффициенты усиления колебательных спектров достигают миллионов и миллиардов раз в присутствии плазмонных наноструктур. При правильной наноструктуре ГКР работает хорошо, без наноструктур метод не работает вовсе, потому что металлические наноструктуры (серебро, золото) в силу своих физических особенностей “концентрируют” электромагнитное поле вблизи своей поверхности при воздействии лазерного излучения. Эта особенность означает, что ГКР может почувствовать молекулы в предельно низких концентрациях, следы которых сложно обнаружить какими–либо другими методами. В–третьих, при использовании ГКР в ряде случаев возможна оценка численных значений концентраций молекул на уровне наномолярных концентраций, и главное, на выходе получается спектр, то есть запись всех возможных, разрешенных, колебаний, позволяющих не только достоверно опознать молекулу, в том числе по колебаниям в области “отпечатков пальцев” (fingerprints) молекулы, но и получить информацию о ее конформации (структуре), которая может меняться закономерным образом в химических и биологических процессах. В–четвертых, для реализации метода ГКР совсем не обязательно осуществлять прямой физический контакт. Существенное усиление спектральных данных происходит на расстояниях вплоть до 10 – 15 нм от поверхности наноструктуры. С учетом того, что это расстояние сопоставимо с толщинами мембран различных клеток и клеточных органелл у животных и человека, становится возможной неинвазивная трансмембранная диагностика биологических структур и развитие новых методов биомедицинской диагностики.

... Именно поэтому "зоопарк" наноочастиц серебра, его получение и изучение, не являются прихотью сумасшедших экспериментаторов, а выражают ту любимую корреляцию "состав - структура - свойства", которую так любят материаловеды, а теперь, по всей видимости, об этом приходится задумываться и нанотехнологам. Природа едина и безмятежно прекрасна!


В статье использованы материалы: Soft chemistry of pure silver as unique plasmonic metal of the Periodic Table of Elements


Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 



Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Природные фотонные кристаллы
Природные фотонные кристаллы

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ» (Интересные научные события 2020 года от Американского физического общества (APS): Новый век сверхпроводимости. Магические углы в графене. Новые рекорды LIGO и Virgo: сверхмассивные и асимметричные слияния черных дыр. Свет от темной материи в эксперименте Xenon. Чего не хватает для создания квантового интернета? Коперниканский переворот в нейронных сетях. Червякомешалка. Вселенский метроном и предел точности атомных часов. Благородные металлы и графен против токсичных газов. Мультиферроик с ферродолинным упорядочением. Борные сенсоры азотосодержащих загрязнителей.

Наносистемы: физика, химия, математика (2020, Т. 11, № 6)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume11/11-6
Там же можно скачать номер журнала целиком.

С Новым годом!
Дорогие друзья и коллеги!
Поздравляем с наступающим 2021 годом!
Желаем всем хорошего настроения и здоровья, удачи во всем и новых достижений!

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.