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

 

Сердце Наномира
Сердце Наномира

IX Международная конференция «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества»
3-7 октября 2022 г. состоится IX Международная конференция "Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества" имени чл.-корр. РАН Бурханова Г.С., которая является международным научным форумом, охватывающим: фундаментальные основы разработки материалов функционального назначения, в том числе металлических, особо чистых, керамических, полимерных и композиционных; технологические основы создания наноматериалов; проблемы анализа, аттестации функциональных наноматериалов и их применение.

XIX Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов»
XIX Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» пройдет 18 - 21 октября 2022 года в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН), г. Москва, в очно-дистанционном формате.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Флуоресцентный шёлк можно получить,подкармливая шелковичных червей углеродными точками. Вопрос выживания кота Шрёдингера. Решение фундаментального вопроса об основном состоянии нитрида бора. Обнаружен новый источник затухания спиновых волн в пленках ферритов гранатов.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2022 году
коллектив авторов
24 - 27 мая пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Пятилетка Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!": что было и что может быть в будущем
Е.А.Гудилин , А.А.Семенова
Уже более 15 лет живет и развивается Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". За всю историю Олимпиады было предложено много инновационных решений, охват олимпиадой составил более 50 000 участников по всей Российской Федерации и странам ближнего зарубежья. В статье приводятся статистические данные по Олимпиаде и возможные пути ее дальнейшего развития.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

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.



 
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.