RU2759484C1 - Method for producing gold nanorods with a given plasmon resonance position - Google Patents

Method for producing gold nanorods with a given plasmon resonance position Download PDF

Info

Publication number
RU2759484C1
RU2759484C1 RU2020142268A RU2020142268A RU2759484C1 RU 2759484 C1 RU2759484 C1 RU 2759484C1 RU 2020142268 A RU2020142268 A RU 2020142268A RU 2020142268 A RU2020142268 A RU 2020142268A RU 2759484 C1 RU2759484 C1 RU 2759484C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanorods
plasmon resonance
solution
gold nanorods
gold
Prior art date
Application number
RU2020142268A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Андреевич Ханадеев
Борис Николаевич Хлебцов
Николай Григорьевич Хлебцов
Original Assignee
Виталий Андреевич Ханадеев
Борис Николаевич Хлебцов
Николай Григорьевич Хлебцов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виталий Андреевич Ханадеев, Борис Николаевич Хлебцов, Николай Григорьевич Хлебцов filed Critical Виталий Андреевич Ханадеев
Priority to RU2020142268A priority Critical patent/RU2759484C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2759484C1 publication Critical patent/RU2759484C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K33/00Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
    • A61K33/24Heavy metals; Compounds thereof
    • A61K33/242Gold; Compounds thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y5/00Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention relates to chemistry and concerns a method for producing gold nanorods, including the synthesis of a colloidal solution of gold nanorods in a mixture of cetyltrimethylammonium bromide and sodium oleate with a longitudinal plasmon resonance tuned to a wavelength from the near infrared region of the spectrum, the re-dissolution in a solution of cetyltrimethylammonium bromide and the addition of a solution of hydrochloric acid to a colloidal solution of gold nanorods.EFFECT: invention provides the possibility of obtaining nanorod colloids with controlled adjustment of plasmon resonance to a given wavelength by reducing the length of the nanorods, while maintaining the thickness and shape of the nanorods and without contamination by side chemicals.1 cl, 5 dwg, 1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к нанотехнологии плазмонно-резонансных (ПР) частиц, предназначенных для использования в различных областях науки и техники, в том числе в физике, химии, биологии, медицине и ветеринарии.The invention relates to nanotechnology of plasmon resonance (PR) particles intended for use in various fields of science and technology, including physics, chemistry, biology, medicine and veterinary medicine.

Изготовление наностержней из золота с заданным положением плазмонного резонанса является важной задачей, так как золотые наностержни являются одними из наиболее часто используемых в биотехнологии золотых наночастиц благодаря нескольким преимуществам, основным из которых является возможность легкой настройки плазмонного резонанса. Кроме того, имеется возможность изменения соотношения поглощения и рассеяния за счет изменения размеров. Имеется несколько опубликованных протоколов синтеза (Nikoobakht B., El-Sayed M.A. Preparation and growth mechanism of gold nanorods (NRs) using seed-mediated growth method // Chem. Mater. 2003. V.15. P. 1957-1962; Sau T.K., Murphy C.J. Seeded high yield synthesis of short Au nanorods in aqueous solution // Langmuir. 2004. V. 20. P. 6414-6420; Ye X., Zheng Ch., Chen J., Gao Y., Murray C.B. Using binary surfactant mixtures to simultaneously improve the dimensional tunability and monodispersity in the seeded growth of gold nanorods // Nano Lett. 2013. V. 13. P. 765-771) и их поверхностной функционализации (Yu C., Irudayaraj J. Multiplex biosensor using gold nanorods // Anal. Chem. 2007. V. 79. P. 572-579; Huang X., El-Sayed I. H., Qian W., El-Sayed M. A. Cancer cells assemble and align gold nanorods conjugated to antibodies to produce highly enhanced, sharp, and polarized surface Raman spectra: A potential cancer diagnostic marker // Nano Lett. 2007. V. 7. P. 1591-1597). Диапазон настройки плазмонного резонанса наностержней охватывает видимую и ближнюю инфракрасную область (Jain P.K., Lee K.S., El-Sayed I.H., El-Sayed M.A. Calculated absorption and scattering properties of gold nanoparticles of different size, shape, and composition: applications in biological imaging and biomedicine // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. P. 7238-7248) путем регулирования их осевого отношения. Возможность настройки плазмонного резонанса в ближнюю инфракрасную область позволяет использовать золотые наностержни в биомедицинских исследованиях, так как для света из данного светового диапазона прозрачность биотканей достигает максимума (Tuchin V.V. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis. - Bellingham: SPIE Press, 2000 - 942 p.). Данное преимущество отличает наностержни от золотых наносфер, у которых настройка плазмонного резонанса ограничивается диапазоном 510-600 нм в зависимости от их размера. Стоит отметить, что настройка положения плазмонного резонанса наностержней находится в прямой зависимости от осевого отношения (и, более слабо, от размеров при фиксированном осевом отношении). Даже минимальное изменение их осевого отношения может вызывать значительное изменение положения плазмонного резонанса в спектре экстинкции. Для некоторых биомедицинских применений важна точная настройка плазмонного резонанса наностержней на заданную длину волны (например, на длину волны лазера при фототермической терапии).The production of gold nanorods with a given position of plasmon resonance is an important task, since gold nanorods are one of the most commonly used gold nanoparticles in biotechnology due to several advantages, the main one being the ability to easily tune plasmon resonance. In addition, it is possible to change the ratio of absorption and scattering by changing the dimensions. There are several published synthesis protocols (Nikoobakht B., El-Sayed MA Preparation and growth mechanism of gold nanorods (NRs) using seed-mediated growth method // Chem. Mater. 2003. V.15. P. 1957-1962; Sau TK , Murphy CJ Seeded high yield synthesis of short Au nanorods in aqueous solution // Langmuir. 2004. V. 20. P. 6414-6420; Ye X., Zheng Ch., Chen J., Gao Y., Murray CB Using binary surfactant mixtures to simultaneously improve the dimensional tunability and monodispersity in the seeded growth of gold nanorods // Nano Lett . 2013. V. 13. P. 765-771) and their surface functionalization (Yu C., Irudayaraj J. Multiplex biosensor using gold nanorods // Anal. Chem. 2007. V. 79. P. 572-579; Huang X., El-Sayed IH, Qian W., El-Sayed MA Cancer cells assemble and align gold nanorods conjugated to antibodies to produce highly enhanced , sharp, and polarized surface Raman spectra: A potential cancer diagnostic marker // Nano Lett. 2007. V. 7. P. 1591-1597). The tuning range of plasmon resonance of nanorods covers the visible and near infrared region (Jain PK, Lee KS, El-Sayed IH, El-Sayed MA Calculated absorption and scattering properties of gold nanoparticles of different size, shape, and composition: applications in biological imaging and biomedicine // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. P. 7238-7248) by adjusting their axial ratio. The ability to adjust plasmon resonance in the near infrared region allows the use of gold nanorods in biomedical research, since for light from this light range, the transparency of biological tissues reaches a maximum (Tuchin VV Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis. - Bellingham: SPIE Press, 2000 - 942 p.). This advantage distinguishes nanorods from gold nanospheres, in which the plasmon resonance setting is limited to the range of 510-600 nm, depending on their size. It should be noted that the adjustment of the position of the plasmon resonance of the nanorods is directly dependent on the axial ratio (and, to a lesser extent, on the dimensions at a fixed axial ratio). Even a minimal change in their axial ratio can cause a significant change in the position of the plasmon resonance in the extinction spectrum. For some biomedical applications, it is important to fine-tune the plasmon resonance of the nanorods to a given wavelength (for example, to the laser wavelength in photothermal therapy).

Известен способ настройки плазмонного резонанса золотых наностержней за счет их селективного укорачивания [Tsung C.K., Kou X., Shi Q., Zhang J., Yeung M.H., Wang J., Stucky G.D. Selective shortening of single-crystalline gold nanorods by mild oxidation // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. P. 5352-5353]. Способ основан на нагревании коллоида наностержней до 70-90°С под действием кислорода в присутствии соляной кислоты. Показано, что с увеличением температуры увеличивается скорость сдвига плазмонного резонанса наностержней в область более коротких длин волн.A known method of adjusting the plasmon resonance of gold nanorods by selectively shortening them [Tsung C.K., Kou X., Shi Q., Zhang J., Yeung M.H., Wang J., Stucky G.D. Selective shortening of single-crystalline gold nanorods by mild oxidation // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. P. 5352-5353]. The method is based on heating a colloid of nanorods to 70-90 ° C under the action of oxygen in the presence of hydrochloric acid. It is shown that, with increasing temperature, the rate of shift of the plasmon resonance of nanorods to shorter wavelengths increases.

Известен способ настройки плазмонного резонанса золотых наностержней с использованием хлорида железа [Zou R., Guo X., Yang J., Li D., Peng F., Zhang L., Wang H., Yua H. Selective etching of gold nanorods by ferric chloride at room temperature // Cryst. Eng. Comm. 2009. V. 11. P. 2797-2803]. Способ основан на добавлении хлорида железа к коллоиду золотых наностержней при комнатной температуре. Показано, что с увеличением времени реакции происходит сдвиг плазмонного резонанса золотых наностержней в сторону более коротких длин волн, вызванный уменьшением размеров золотых наностержней.A known method of tuning the plasmon resonance of gold nanorods using iron chloride [Zou R., Guo X., Yang J., Li D., Peng F., Zhang L., Wang H., Yua H. Selective etching of gold nanorods by ferric chloride at room temperature // Cryst. Eng. Comm. 2009. V. 11. P. 2797-2803]. The method is based on the addition of ferric chloride to a colloid of gold nanorods at room temperature. It is shown that with an increase in the reaction time, the plasmon resonance of gold nanorods shifts towards shorter wavelengths, caused by a decrease in the size of gold nanorods.

Известен способ настройки плазмонного резонанса золотых наностержней с использованием цианистого калия [Jana N. R., Gearheart L., Obare S. O., Murphy C. J. Anisotropic chemical reactivity of gold spheroids and nanorods // Langmuir. 2002. V. 18. P. 922-927]. Способ основан на добавлении цианистого калия к коллоиду золотых наностержней. При растворении цианистого калия кислород действует как окислитель золота, а цианистый калий действует как комплексообразователь ионов золота. Продемонстрировано, что продольный плазмонный резонанс золотых наностержней может сдвигаться от 800 до 530 нм, что сопровождается уменьшением длины наностержней.A known method of tuning the plasmon resonance of gold nanorods using potassium cyanide [Jana NR, Gearheart L., Obare SO, Murphy CJ Anisotropic chemical reactivity of gold spheroids and nanorods // Langmuir. 2002. V. 18. P. 922-927]. The method is based on the addition of potassium cyanide to the colloid of gold nanorods. When potassium cyanide is dissolved, oxygen acts as an oxidizing agent for gold, and potassium cyanide acts as a complexing agent for gold ions. It has been demonstrated that the longitudinal plasmon resonance of gold nanorods can shift from 800 to 530 nm, which is accompanied by a decrease in the nanorod length.

Недостатками всех указанных выше способов является то, что настройка плазмонного резонанса имеет кинетический характер и определяется не количеством добавленного окислителя, а временем реакции. Для остановки реакции предлагается центрифугирование и перерастворение наностержней в воде [Zou R., Guo X., Yang J., Li D., Peng F., Zhang L., Wang H., Yua H. Selective etching of gold nanorods by ferric chloride at room temperature // Cryst. Eng. Comm. 2009. V. 11. P. 2797-2803], что требует дополнительного времени, за которое плазмонный резонанс наностержней будет продолжать смещаться. Таким образом, существующие способы не позволяют получать наностержни с заданным положением плазмонного резонанса. Дополнительным недостатком указанных способов является загрязнение коллоида золотых наностержней используемыми химическими веществами, что вызывает необходимость последующей очистки коллоидов от внесенных веществ.The disadvantages of all of the above methods is that the setting of the plasmon resonance is kinetic in nature and is determined not by the amount of added oxidant, but by the reaction time. To stop the reaction, centrifugation and reconstitution of nanorods in water is proposed [Zou R., Guo X., Yang J., Li D., Peng F., Zhang L., Wang H., Yua H. Selective etching of gold nanorods by ferric chloride at room temperature // Cryst. Eng. Comm. 2009. V. 11. P. 2797-2803], which requires additional time, during which the plasmon resonance of the nanorods will continue to shift. Thus, the existing methods do not make it possible to obtain nanorods with a given position of the plasmon resonance. An additional disadvantage of these methods is the contamination of the colloid of gold nanorods with the chemicals used, which necessitates the subsequent purification of the colloids from the introduced substances.

Известен способ окисления золотых наночастиц в присутствии комплекса золота с цетилтриметиламмоний бромидом (ЦТАБ) [Rodriguez-Fernandez J., Perez-Juste G., Mulvaney P., Liz-Marzan L.M. Spatially-directed oxidation of gold nanoparticles by Au(III)-CTAB complexes // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 109. P. 14257- 14261]. Показано, что добавление золотохлористоводородной кислоты (ЗХВК) к коллоиду квазисферических золотых наночастиц вызывало изменение их формы на более округлую и уменьшение их размера. При действии на смесь золотых наностержней и нанокубов было показано, что уменьшается длина стержней и кубы преобразуются в сферы. Была также исследована спектральная кинетика данного процесса.A known method of oxidation of gold nanoparticles in the presence of a complex of gold with cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) [Rodriguez-Fernandez J., Perez-Juste G., Mulvaney P., Liz-Marzan L.M. Spatially-directed oxidation of gold nanoparticles by Au (III) -CTAB complexes // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 109. P. 14257-14261]. It was shown that the addition of chloroauric acid (HACA) to the colloid of quasi-spherical gold nanoparticles caused a change in their shape to a more rounded one and a decrease in their size. When exposed to a mixture of gold nanorods and nanocubes, it was shown that the length of the rods decreases and the cubes are transformed into spheres. The spectral kinetics of this process was also investigated.

Недостатком данного способа является то, что коллоидный раствор наностержней содержал большое количество побочных наночастиц другой формы - нанокубов и не была исследована возможность настройки плазмонного резонанса наностержней в зависимости от количества добавленной ЗХВК. Не был определен диапазон концентраций ЗХВК для настройки положения ПР наностержней. Данный способ также не использовался для коллоида золотых наностержней с высоким содержанием целевых частиц более 97% .The disadvantage of this method is that the colloidal solution of nanorods contained a large amount of side nanoparticles of a different shape - nanocubes, and the possibility of adjusting the plasmon resonance of nanorods depending on the amount of added ZHVK was not investigated. The range of concentrations of ZHVK for adjusting the position of the PR of nanorods was not determined. This method was also not used for the colloid of gold nanorods with a high content of target particles of more than 97%.

Задачей настоящего изобретения является создание способа контролируемой настройки плазмонного резонанса золотых наностержней на заданную длину волны за счет сокращения их длины с сохранением их толщины и формы путем добавления определенного количества золотохлористоводородной кислоты.The objective of the present invention is to provide a method for the controlled tuning of the plasmon resonance of gold nanorods to a given wavelength by reducing their length while maintaining their thickness and shape by adding a certain amount of chloroauric acid.

Техническим результатом настоящего изобретения является возможность получения коллоидов наностержней с контролируемой настройкой плазмонного резонанса на заданную длину волны за счет сокращения длины наностержней, с сохранением толщины и формы наностержней и без загрязнения побочными химическими веществами.The technical result of the present invention is the possibility of obtaining colloids of nanorods with controlled tuning of plasmon resonance at a given wavelength by reducing the length of nanorods, while maintaining the thickness and shape of nanorods and without contamination by side chemicals.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что способ получения золотых наностержней с заданным положением плазмонного резонанса включает в себя синтез коллоидного раствора золотых наностержней в смеси цетилтриметиламмония бромида и олеата натрия с продольным плазмонным резонансом, настроенным на длину волны из ближней инфракрасной области спектра, перерастворение в 100 мМ растворе цетилтриметиламмония бромида и добавление в коллоидный раствор золотых наностержней определенного количества раствора золотохлористоводородной кислоты в количестве от 25 до 1000 мкл 10 мМ раствора на 10 мл коллоида наностержней.The specified technical result is achieved due to the fact that the method for obtaining gold nanorods with a given position of plasmon resonance includes the synthesis of a colloidal solution of gold nanorods in a mixture of cetyltrimethylammonium bromide and sodium oleate with a longitudinal plasmon resonance tuned to the wavelength from the near infrared spectral region, resolving to 100 mM solution of cetyltrimethylammonium bromide and adding to the colloidal solution of gold nanorods a certain amount of chloroauric acid solution in an amount from 25 to 1000 μl of 10 mM solution per 10 ml of colloid of nanorods.

Предложенный способ получения золотых наностержней с заданным положением плазмонного резонанса заключается в следующем. На первом этапе синтезируется коллоидный раствор монодисперсных золотых наностержней в смеси ЦТАБ и олеата натрия с продольным плазмонным резонансом, настроенным на длину волны из ближней инфракрасной области спектра. На втором этапе к коллоиду золотых наностержней добавляется необходимое количество золотохлористоводородной кислоты и происходит контролируемое травление вдоль длинной оси наностержней комплексом ионов Au3+ с цетилтриметиламмоний бромидом (ЦТАБ). При этом уменьшается осевое отношение наностержней с сохранением их толщины и плазмонный резонанс сдвигается в сторону более коротких длин волн. Итоговое положение плазмонного резонанса и осевое отношение наностержней полностью определяется количеством добавленной золотохлористоводородной кислоты.The proposed method for obtaining gold nanorods with a given position of the plasmon resonance is as follows. At the first stage, a colloidal solution of monodisperse gold nanorods is synthesized in a mixture of CTAB and sodium oleate with a longitudinal plasmon resonance tuned to a wavelength from the near infrared region of the spectrum. At the second stage, the required amount of chloroauric acid is added to the colloid of gold nanorods, and controlled etching occurs along the long axis of the nanorods with a complex of Au 3+ ions with cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). In this case, the axial ratio of the nanorods decreases while maintaining their thickness, and the plasmon resonance shifts towards shorter wavelengths. The final position of the plasmon resonance and the axial ratio of the nanorods are completely determined by the amount of added chloroauric acid.

Изобретение иллюстрируется примерами:The invention is illustrated by examples:

Пример 1: Получение золотых наностержней с заданным положением плазмонного резонанса в диапазоне длин волн 680-925 нм.Example 1: Obtaining gold nanorods with a given position of plasmon resonance in the wavelength range of 680-925 nm.

Используются следующие реактивы: цетилтриметиламмоний бромид (ЦТАБ) (96%, Fluka, № 52370), олеат натрия (>82% остатков жирных кислот, Sigma-Aldrich), золотохлористоводородная кислота (ЗХВК) (99.99%, Alfa Aesar), нитрат серебра (AgNO3, >99%, Alfa Aesar), аскорбиновая кислота (>99.9%, Sigma-Aldrich), борогидрид натрия (99%, Sigma-Aldrich), 37%-ная соляная кислота (ОСЧ, Вектон), очищенная вода.The following reagents are used: cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) (96%, Fluka, no. 52370), sodium oleate (> 82% fatty acid residues, Sigma-Aldrich), chloroauric acid (ZHVK) (99.99%, Alfa Aesar), silver nitrate ( AgNO 3 ,> 99%, Alfa Aesar), ascorbic acid (> 99.9%, Sigma-Aldrich), sodium borohydride (99%, Sigma-Aldrich), 37% hydrochloric acid (high purity grade, Vekton), purified water.

Этап 1 - Синтез коллоидного раствора золотых наностержнейStage 1 - Synthesis of a colloidal solution of gold nanorods

Для синтеза золотых «зародышей» смешать 10 мл 100 мМ ЦТАБ, 250 мкл 10 мМ ЗХВК и 1 мл 100 мМ борогидрида натрия. Раствор приобретает светло-коричневый цвет. К 250 мл воды добавить 7 г ЦТАБ и 1.234 г олеата натрия, нагреть до 50 С при перемешивании до полного растворения и затем остудить раствор до 30 С. Добавить к раствору 18 мл 4 мМ нитрата серебра и перемешивать смесь 15 минут. Добавить 250 мл 1 мМ ЗХВК, что вызывает изменение цвета с бесцветного на желтый за счет образования комплекса Au3+-ЦТАБ. Перемешивать раствор 90 минут, он становится бесцветным, что свидетельствует о восстановлении Au3+ до Au+ олеатом натрия. Для восстановления Au+ до Au0 добавить 1.25 мл 64 мМ аскорбиновой кислоты, затем добавить 2.1 мл концентрированной соляной кислоты и pH раствора достигнет 1.5. Наконец, к ростовому раствору добавить 0.8 мл золотых «зародышей», полученных на первом этапе. Смесь инкубировать без перемешивания 48 часов при 30°С, при формировании золотых наностержней цвет смеси изменяется с бесцветного до коричневого. Наностержни осадить на центрифуге при 10000g в течение 15 мин и перерастворить в 100 мМ ЦТАБ. Для полученной суспензии золотых наностержней максимум плазмонного резонанса в спектре экстинкции локализован на 925 нм.For the synthesis of gold "embryos", mix 10 ml of 100 mM CTAB, 250 μl of 10 mM ZHVK and 1 ml of 100 mM sodium borohydride. The solution becomes light brown. To 250 ml of water add 7 g of CTAB and 1.234 g of sodium oleate, heat to 50 C with stirring until complete dissolution and then cool the solution to 30 C. Add 18 ml of 4 mM silver nitrate to the solution and stir the mixture for 15 minutes. Add 250 ml of 1 mM 3XVA, which causes a color change from colorless to yellow due to the formation of the Au 3+ -CTAB complex. Stir the solution for 90 minutes, it becomes colorless, which indicates the reduction of Au 3+ to Au + with sodium oleate. To reduce Au + to Au 0, add 1.25 ml of 64 mM ascorbic acid, then add 2.1 ml of concentrated hydrochloric acid and the pH of the solution reaches 1.5. Finally, add 0.8 ml of the gold "embryos" obtained at the first stage to the growth solution. Incubate the mixture without stirring for 48 hours at 30 ° C; upon the formation of gold nanorods, the color of the mixture changes from colorless to brown. Nanorods are sedimented in a centrifuge at 10000g for 15 min and redissolved in 100 mM CTAB. For the obtained suspension of gold nanorods, the maximum of plasmon resonance in the extinction spectrum is localized at 925 nm.

Этап 2 Селективное травление с использованием ЗХВКStage 2 Selective etching using ZHVK

К суспензии золотых наностержней, полученных на предыдущем этапе, добавить рассчитанное количество 10 мМ раствора ЗХВК из расчета от 25 до 1000 мкл на 10 миллилитров суспензии наностержней (с концентрацией золота 1 мМ). Для настройки плазмонного резонанса наностержней на длину волны 810 нм добавить к 10 мл суспензии наностержней 147 мкл 10 мМ раствора ЗХВК. Для настройки ПР наностержней на 740 нм добавить к 10 мл суспензии наностержней 220.5 мкл 10 мМ раствора ЗХВК. Для настройки ПР наностержней на 680 нм добавить 294 мкл 10 мМ раствора ЗХВК. Перемешивать смесь на мешалке в течение 2 часов при 30°С.To the suspension of gold nanorods obtained in the previous step, add the calculated amount of 10 mM ZHVK solution at the rate of 25 to 1000 μL per 10 milliliters of the suspension of nanorods (with a gold concentration of 1 mM). To adjust the plasmon resonance of the nanorods to a wavelength of 810 nm, add 147 μl of a 10 mM ZHVK solution to 10 ml of the nanorod suspension. To adjust the PR of nanorods at 740 nm, add 220.5 μL of 10 mM ZHVK solution to 10 ml of the nanorod suspension. To adjust the PR of nanorods at 680 nm, add 294 μL of 10 mM 3XVK solution. Stir the mixture on a mixer for 2 hours at 30 ° C.

Пример 2: Настройка плазмонного резонанса золотых наностержней в диапазоне длин волн 700-900 нмExample 2: Tuning the plasmon resonance of gold nanorods in the 700-900 nm wavelength range

Этап 1 - Синтез коллоидного раствора золотых наностержнейStage 1 - Synthesis of a colloidal solution of gold nanorods

Золотые «зародыши» синтезировать добавив 0.6 мл 10 мМ раствора борогидрида натрия к смеси, содержащей 0.25 мл 10 мМ ЗХВК и 10 мл 0.1 М водного раствора ЦТАБ, выдержать раствор при комнатной температуре 90 мин. Приготовить ростовой раствор, выполнив следующие действия. Растворить 7 г ЦТАБ и 1.234 г олеата натрия в 250 мл воды. При перемешивании добавить 18 мл 4 мМ нитрата серебра. Выдержать смесь 15 минут при комнатной температуре, после чего добавить 250 мл 1 мМ ЗХВК. Перемешивать 90 минут и добавить 2.1 мл 37% соляной кислоты. Через 15 минут добавить 1.25 мл 64 мМ аскорбиновой кислоты и 0.1 мл ранее приготовленного коллоидного раствора «зародышей». Смесь инкубировать при 30°С 48 часов. Наностержни осадить центрифугированием при 10000g в течение 15 мин и перерастворить в 100 мМ ЦТАБ. Синтезированные стержни имели плазмонный резонанс, настроенный на длину волны 900 нм.To synthesize gold "embryos" by adding 0.6 ml of 10 mM sodium borohydride solution to a mixture containing 0.25 ml of 10 mM ZHVA and 10 ml of 0.1 M aqueous CTAB solution, incubate the solution at room temperature for 90 min. Prepare the growth solution by following these steps. Dissolve 7 g of CTAB and 1.234 g of sodium oleate in 250 ml of water. With stirring, add 18 ml of 4 mM silver nitrate. Incubate the mixture for 15 minutes at room temperature, then add 250 ml of 1 mM ZHVK. Stir for 90 minutes and add 2.1 ml of 37% hydrochloric acid. After 15 minutes, add 1.25 ml of 64 mM ascorbic acid and 0.1 ml of the previously prepared colloidal solution of "embryos". Incubate the mixture at 30 ° C for 48 hours. Nanorods are precipitated by centrifugation at 10000g for 15 min and redissolved in 100 mM CTAB. The synthesized rods had plasmon resonance tuned to a wavelength of 900 nm.

Этап 2 Селективное травление с использованием ЗХВКStage 2 Selective etching using ZHVK

Для получения наностержней с плазмонным резонансом на длине волны 886, 863, 840, 802, 788, 751, 727 и 700 нм к 10 мл коллоидного раствора наностержней добавить, соответственно, 25, 50, 75, 100, 112.5, 125, 150 и 175 мкл 10 мМ раствора ЗХВК и перемешивать в течение 2 часов.To obtain nanorods with plasmon resonance at a wavelength of 886, 863, 840, 802, 788, 751, 727, and 700 nm, add 25, 50, 75, 100, 112.5, 125, 150, and 175 to 10 ml of a colloidal solution of nanorods, respectively. μl of 10 mM ZHVK solution and stir for 2 hours.

Изобретение иллюстрируется чертежами.The invention is illustrated in the drawings.

Доказательство успешной реализации предлагаемого решения дано на фиг. 1, где приведены спектры экстинкции коллоидов золотых наностержней до (максимум плазмонного резонанса на 900 нм) и после добавления различного количества раствора золотохлористоводородной кислоты из расчета 25, 50, 75, 100, 112.5, 125, 150 и 175 мкл 10 мМ раствора ЗХВК на 10 мл раствора наностержней (максимумы плазмонного резонанса, соответственно, на 886, 863, 840, 802, 788, 751, 727 и 700 нм). Таким образом, с увеличением количества ЗХВК максимум плазмонного резонанса смещается в сторону более коротких длин волн и его положение определяется количеством добавленной ЗХВК.The proof of the successful implementation of the proposed solution is given in Fig. 1, which shows the extinction spectra of colloids of gold nanorods up to (maximum plasmon resonance at 900 nm) and after adding different amounts of a solution of chloroauric acid at the rate of 25, 50, 75, 100, 112.5, 125, 150, and 175 μl of 10 mM 3XVA solution per 10 ml of nanorod solution (plasmon resonance maxima, respectively, at 886, 863, 840, 802, 788, 751, 727 and 700 nm). Thus, with an increase in the amount of ZHVK, the maximum of plasmon resonance shifts towards shorter wavelengths and its position is determined by the amount of added ZHVK.

На фиг. 2 приведена калибровочная кривая зависимости положения плазмонного резонанса золотых наностержней от количества добавленного 10 мМ раствора золотохлористоводородной кислоты из расчета на 10 мл коллоида золотых наностержней с исходной концентрацией. Таким образом, настройка положения ПР золотых наностержней определяется одним параметром - количеством добавленной золотохлористоводородной кислоты.FIG. 2 shows the calibration curve of the dependence of the position of the plasmon resonance of gold nanorods on the amount of added 10 mM hydrochloric acid solution per 10 ml of colloid of gold nanorods with an initial concentration. Thus, the adjustment of the position of the PR of gold nanorods is determined by one parameter - the amount of added chloroauric acid.

На фиг. 3 представлены зависимости положения максимума плазмонного резонанса в спектре экстинкции наностержней от времени после добавления 147 (1), 220.5 (2) и 294 мкл (3) 10 мМ раствора ЗХВК к 10 мл коллоида. Видно, что с увеличением количества добавленного ЗХВК, ускоряется сдвиг плазмонного резонанса за первые 20 мин реакции. После этого скорость реакции выравнивается, и основные спектральные изменения происходят в рамках первых 60 минут. Таким образом, продемонстрировано, что основное смещение происходит в пределах 60 минут, а уже после 80 минут положение максимума в спектре экстинкции остается неизменным. В итоге подтверждается тот факт, что смещение плазмонного резонанса полностью определяется количеством добавленной ЗХВК.FIG. Figure 3 shows the time dependences of the position of the plasmon resonance maximum in the extinction spectrum of nanorods after the addition of 147 (1), 220.5 (2), and 294 μL (3) of 10 mM ZHVA solution to 10 ml of colloid. It can be seen that with an increase in the amount of added 3XVA, the shift of the plasmon resonance accelerates in the first 20 min of the reaction. After that, the reaction rate levels off, and the main spectral changes occur within the first 60 minutes. Thus, it was demonstrated that the main shift occurs within 60 minutes, and after 80 minutes, the position of the maximum in the extinction spectrum remains unchanged. As a result, the fact is confirmed that the shift of the plasmon resonance is completely determined by the amount of added ZHVK.

На фиг. 4 представлена схема селективного травления золотых наностержней ионами золота в присутствии ЦТАБ. Данная схема объясняет селективность травления наностержней с концов. Бислой ЦТАБ имеет плотную упаковку вдоль длинной оси стержня, что препятствует контакту комплекса Au3+-ЦТАБ с золотой поверхностью. На концах стержня, напротив, упаковка бислоя ЦТАБ неплотная и не препятствует контакту Au3+-ЦТАБ с поверхностью стержня, что и приводит к селективному травлению стержней с концов. В результате такого травления длина наностержней сокращается, а толщина остается неизменной.FIG. 4 shows a schematic diagram of selective etching of gold nanorods with gold ions in the presence of CTAB. This scheme explains the selectivity of nanorod etching from the ends. The bilayer of CTAB has a close packing along the long axis of the rod, which prevents the contact of the Au 3+ -CTAB complex with the gold surface. On the contrary, at the ends of the rod, the packing of the CTAB bilayer is loose and does not prevent the contact of Au 3+ -CTAB with the surface of the rod, which leads to selective etching of the rods from the ends. As a result of this etching, the length of the nanorods is reduced, while the thickness remains unchanged.

На фиг. 5 представлены фотографии золотых наностержней, полученные методом просвечивающей электронной микроскопии, которые доказывают, что травление происходит вдоль длинной оси стержней и приводит к сокращению их длины, а ширина и форма наностержней в виде цилиндров с закругленными концами при этом остается неизменной. Исходные золотые наностержни с ПР на 900 нм (а) и золотые стержни после травления с использованием 25 (б), 100 (в) и 175 (г) мкл 10 мМ раствора ЗХВК на 10 мл раствора стержней, что приводило к настройке их плазмонного резонанса на 886, 802 и 700 нм, соответственно.FIG. 5 shows photographs of gold nanorods obtained by transmission electron microscopy, which prove that etching occurs along the long axis of the rods and leads to a reduction in their length, while the width and shape of nanorods in the form of cylinders with rounded ends remains unchanged. Initial gold nanorods with PR at 900 nm (a) and gold rods after etching using 25 (b), 100 (c), and 175 (d) μl of 10 mM 3XVA solution per 10 ml of rods solution, which led to their plasmon resonance tuning at 886, 802 and 700 nm, respectively.

В таблице 1 представлено количество добавленной ЗХВК, длина, толщина, осевое отношение и длина волны плазмонного резонанса золотых наностержней после травления. Из представленных данных видно, что настройка длины волны плазмонного резонанса сопровождается сокращением длины стержней и уменьшением их осевого отношения, а толщина наностержней практически не изменяется.Table 1 shows the amount of added ZHVK, length, thickness, axial ratio and wavelength of plasmon resonance of gold nanorods after etching. It can be seen from the presented data that the adjustment of the plasmon resonance wavelength is accompanied by a reduction in the length of the rods and a decrease in their axial ratio, while the thickness of the nanorods practically does not change.

Отличительные признаки предлагаемого решения обеспечивают следующие преимущества:Distinctive features of the proposed solution provide the following advantages:

Способ получения золотых наностержней с заданным положением плазмонного резонанса позволяет контролировать настройку ПР за счет одного параметра - количества добавленной ЗХВК, что позволяет более точно настраивать положение ПР.The method of obtaining gold nanorods with a given position of the plasmon resonance makes it possible to control the PR adjustment due to one parameter - the amount of added ZHVK, which makes it possible to more accurately adjust the PR position.

Способ получения золотых наностержней с заданным положением плазмонного резонанса основан на селективном травлении наностержней комплексом ЗХВК-ЦТАБ вдоль длинной оси стержней и не загрязняет образец наностержней посторонними химическими веществами.The method of obtaining gold nanorods with a given position of plasmon resonance is based on selective etching of nanorods with the ZKhVK-CTAB complex along the long axis of the rods and does not contaminate the sample of nanorods with extraneous chemicals.

Способ получения золотых наностержней с заданным положением плазмонного резонанса позволяет получить образцы наностержней с одинаковой формой и концентрацией частиц (при использовании одного и того же исходного раствора наностержней на первом этапе).The method of obtaining gold nanorods with a given position of plasmon resonance makes it possible to obtain samples of nanorods with the same shape and concentration of particles (using the same initial solution of nanorods at the first stage).

Claims (1)

Способ получения золотых наностержней, включающий синтез коллоидного раствора золотых наностержней в смеси цетилтриметиламмония бромида и олеата натрия с продольным плазмонным резонансом, настроенным на длину волны из ближней инфракрасной области спектра, перерастворение в 100 мМ растворе цетилтриметиламмония бромида и добавление в коллоидный раствор золотых наностержней раствора золотохлористоводородной кислоты в количестве от 25 до 1000 мкл 10 мМ раствора на 10 мл коллоида наностержней.A method of obtaining gold nanorods, including the synthesis of a colloidal solution of gold nanorods in a mixture of cetyltrimethylammonium bromide and sodium oleate with a longitudinal plasmon resonance tuned to the wavelength from the near infrared region of the spectrum, reconstitution in a 100 mM solution of cetyltrimethylammonium bromide colloid solution in gold-hydrochloric acid in an amount from 25 to 1000 μl of 10 mM solution per 10 ml of nanorod colloid.
RU2020142268A 2020-12-22 2020-12-22 Method for producing gold nanorods with a given plasmon resonance position RU2759484C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142268A RU2759484C1 (en) 2020-12-22 2020-12-22 Method for producing gold nanorods with a given plasmon resonance position

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142268A RU2759484C1 (en) 2020-12-22 2020-12-22 Method for producing gold nanorods with a given plasmon resonance position

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2759484C1 true RU2759484C1 (en) 2021-11-15

Family

ID=78607153

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020142268A RU2759484C1 (en) 2020-12-22 2020-12-22 Method for producing gold nanorods with a given plasmon resonance position

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2759484C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780404C1 (en) * 2021-12-29 2022-09-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" Method for formation of plasmon nanostructures on the surfaces of objects for non-destructive analysis of small concentrations of chemical compounds by raman spectroscopy

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489231C1 (en) * 2011-11-28 2013-08-10 Борис Николаевич Хлебцов Method of making powder preparation of noble metal nanoparticles
CN109166969B (en) * 2018-07-06 2020-04-28 华南理工大学 Surface plasmon resonance enhanced perovskite thin film and preparation method thereof
US10758983B1 (en) * 2018-04-17 2020-09-01 Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force Concentrated synthesis of monodispersed gold nanorods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489231C1 (en) * 2011-11-28 2013-08-10 Борис Николаевич Хлебцов Method of making powder preparation of noble metal nanoparticles
US10758983B1 (en) * 2018-04-17 2020-09-01 Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force Concentrated synthesis of monodispersed gold nanorods
CN109166969B (en) * 2018-07-06 2020-04-28 华南理工大学 Surface plasmon resonance enhanced perovskite thin film and preparation method thereof

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KHLEBTSOV B.N., et al., Extinction and extra-high depolarized light scattering spectra of gold nanorods with improved purity and dimension tunability: direct and inverse problems.Phys Chem Chem Phys. 2014 Mar 28;16(12):5710-22. doi: 10.1039/c3cp55414g. Epub 2014 Feb 13. *
MIN LI et al., Seedless synthesis of gold nanorods with longitudinal surface plasmon resonance wavelength of 1200 nm., Spectroscopy Letters, 2017, 50:10, 585-590, DOI: 10.1080/00387010.2017.1397030. *
ОЖЕГОВ С.И. и ШВЕДОВА Н.Ю. Толковый словарь русского языка: 80 000 слов и фразеологических выражений/ Российская академия наук. Институт русского языка им. В.В.Виноградова. - 4-е изд., дополненное. - М.:Азбуковник, 1997. - 944 стр. ISBN 5-89285-003-X. *
ОЖЕГОВ С.И. и ШВЕДОВА Н.Ю. Толковый словарь русского языка: 80 000 слов и фразеологических выражений/ Российская академия наук. Институт русского языка им. В.В.Виноградова. - 4-е изд., дополненное. - М.:Азбуковник, 1997. - 944 стр. ISBN 5-89285-003-X. MIN LI et al., Seedless synthesis of gold nanorods with longitudinal surface plasmon resonance wavelength of 1200 nm., Spectroscopy Letters, 2017, 50:10, 585-590, DOI: 10.1080/00387010.2017.1397030. KHLEBTSOV B.N., et al., Extinction and extra-high depolarized light scattering spectra of gold nanorods with improved purity and dimension tunability: direct and inverse problems.Phys Chem Chem Phys. 2014 Mar 28;16(12):5710-22. doi: 10.1039/c3cp55414g. Epub 2014 Feb 13. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780404C1 (en) * 2021-12-29 2022-09-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" Method for formation of plasmon nanostructures on the surfaces of objects for non-destructive analysis of small concentrations of chemical compounds by raman spectroscopy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bayazit et al. Controllable synthesis of gold nanoparticles in aqueous solution by microwave assisted flow chemistry
Liopo et al. Seedless synthesis of gold nanorods using dopamine as a reducing agent
US7824467B2 (en) Method of making metal nanoprisms having a predetermined thickness
US8741384B2 (en) Method of synthesizing branched gold nanoparticles having controlled size and branching
US20120247275A1 (en) Method of producing silver nanowires in large quantities
Szychowski et al. Controlled etching and tapering of Au nanorods using cysteamine
US7776130B2 (en) pH-controlled photosynthesis of silver nanoprisms
CN110640160B (en) Preparation method of rod-shaped platinum nanoparticles
Tu et al. SPR-based optical fiber sensors using gold–silver alloy particles as the active sensing material
Gutiérrez-Wing et al. Procedures for the synthesis and capping of metal nanoparticles
Patarroyo et al. One-pot polyol synthesis of highly monodisperse short green silver nanorods
RU2759484C1 (en) Method for producing gold nanorods with a given plasmon resonance position
Jurga et al. Improvement of ligand-free modification strategy to obtain water-stable up-converting nanoparticles with bright emission and high reaction yield
Chen et al. Morphology-controlled synthesis of silver nanostructures via a solvothermal method
Lv et al. Self-produced bubble-template synthesis of La 2 O 3: Yb/Er@ Au hollow spheres with markedly enhanced luminescence and release properties
Li et al. Rapid and fine tailoring longitudinal surface plasmon resonances of gold nanorods by end-selective oxidation
KR102393356B1 (en) Methods of preparing metal nano-particles by using carbon quantum dot, metal nano-particles prepared thereby, sensors comprising them
Roy et al. Reductant control on particle size, size distribution and morphology in the process of surface enhanced Raman spectroscopy active silver colloid synthesis
Deviprasada et al. Highly Stable 11-MUA Capped Gold Nanobipyramid for Refractive Index Sensing
Tollan et al. One-step growth of gold nanorods using a β-diketone reducing agent
WO2018162742A1 (en) Efficient ligand exchange of a detergent bilayer on the surface of metal nanoparticles for molecular functionalization and assembly, corresponding functionalized nanoparticles and nanoparticle assemblies, and their use in plasmonic applications including surface-enhanced raman spectroscopy
Zhang et al. Hollow gold nanospheres: growth morphology, composition and absorption characteristics
Miryousefi et al. Synthesis of Au@ Ag core-shell nanorods with tunable optical properties
RU2806006C1 (en) Method for producing colloidal silver solution
RU2782138C1 (en) Method for obtaining quantum dots of silver sulfide in an organic shell