Nanopartículas de oro, cima, creado por el laboratorio de la Universidad Rice de Eugene Zubarev toman la forma de carambola, debajo, en un baño químico con nitrato de plata, ácido ascórbico y cloruro de oro. Crédito:Laboratorio Zubarev / Universidad Rice
(PhysOrg.com) - Parecen frutas, y, de hecho, las estrellas a nanoescala de una nueva investigación en la Universidad de Rice tienen sabrosas implicaciones para las imágenes médicas y la detección química.
Nanobarras de oro en forma de carambola sintetizadas por el químico Eugene Zubarev y Leonid Vigderman, un estudiante de posgrado en su laboratorio en Rice's BioScience Research Collaborative, podría nutrir aplicaciones que dependen de la espectroscopía Raman mejorada en superficie (SERS).
La investigación apareció en línea este mes en la revista American Chemical Society. Langmuir .
Los investigadores encontraron que sus partículas devolvían señales 25 veces más fuertes que nanobarras similares con superficies lisas. Eso puede, en última instancia, permitir la detección de cantidades muy pequeñas de moléculas orgánicas como el ADN y los biomarcadores, que se encuentra en los fluidos corporales, para enfermedades particulares.
"Existe un gran interés en las aplicaciones de detección, "Dijo Zubarev, profesor asociado de química. “SERS aprovecha la capacidad del oro para mejorar los campos electromagnéticos a nivel local. Los campos se concentrarán en defectos específicos, como los bordes afilados de nuestras nanostarfrutas, y eso podría ayudar a detectar la presencia de moléculas orgánicas en concentraciones muy bajas ”.
Los SERS pueden detectar moléculas orgánicas por sí mismos, pero la presencia de una superficie dorada mejora enormemente el efecto, Dijo Zubarev. "Si tomamos el espectro de moléculas orgánicas en solución y lo comparamos con cuando se adsorben en una partícula de oro, la diferencia puede ser millones de veces, ”Dijo. El potencial para impulsar aún más esa señal más fuerte en un factor de 25 es significativo, él dijo.
Las nanofrutas comienzan como nanocables de oro con secciones transversales pentagonales. El químico del arroz Eugene Zubarev cree que los iones de plata y el bromuro se combinan para formar una sal insoluble que retarda el crecimiento de partículas a lo largo de las superficies planas de los pentágonos. Crédito:Laboratorio Zubarev / Universidad Rice
Zubarev y Vigderman cultivaron lotes de varillas en forma de estrella en un baño químico. Comenzaron con partículas de semillas de nanovarillas de oro altamente purificadas con secciones transversales pentagonales desarrolladas por el laboratorio de Zubarev en 2008 y las agregaron a una mezcla de nitrato de plata. ácido ascórbico y cloruro de oro.
Más de 24 horas, las partículas aumentaron hasta 550 nanómetros de largo y 55 nanómetros de ancho, muchos con puntas puntiagudas. Las partículas adquieren crestas a lo largo de su longitud; fotografiado de punta con un microscopio electrónico, parecen pilas de almohadas en forma de estrella.
Por qué los pentágonos se convierten en estrellas sigue siendo un misterio, Zubarev dijo:pero estaba dispuesto a especular. "Durante mucho tiempo, nuestro grupo se ha interesado en la amplificación del tamaño de partículas, ”Dijo. "Simplemente agregue cloruro de oro y un agente reductor a las nanopartículas de oro, y se vuelven lo suficientemente grandes como para ser vistos con un microscopio óptico. Pero en presencia de iones de nitrato de plata y bromuro, las cosas suceden de manera diferente ".
Cuando Zubarev y Vigderman agregaron un surfactante común, bromuro de cetiltrimetilamonio (también conocido como CTAB), a la mezcla, el bromuro se combinó con los iones de plata para producir una sal insoluble. “Creemos que se forma una fina película de bromuro de plata en las caras laterales de las varillas y las bloquea parcialmente, ”Dijo Zubarev.
Esto, a su vez, ralentizó la deposición de oro en esas superficies planas y permitió que las nanovarillas recogieran más oro en las puntas del pentágono. donde crecieron en las crestas que daban a las varillas su sección transversal en forma de estrella. “Es probable que el bromuro de plata bloquee las superficies planas de manera más eficiente que los bordes afilados entre ellas, ”Dijo.
Los investigadores intentaron reemplazar la plata con otros iones metálicos como el cobre, mercurio, hierro y níquel. Todos produjeron nanobarras relativamente lisas. "A diferencia de la plata, ninguno de estos cuatro metales forma bromuros insolubles, y eso puede explicar por qué la amplificación es altamente uniforme y conduce a partículas con superficies lisas, ”Dijo.
Los investigadores también desarrollaron nanocables más largos que, junto con sus ventajas ópticas, puede tener propiedades electrónicas únicas. Experimentos en curso con Stephan Link, profesor asistente de química e ingeniería química y biomolecular, ayudará a caracterizar la capacidad de los nanocables de carambola para transmitir una señal plasmónica. Eso podría ser útil para guías de ondas y otros dispositivos optoelectrónicos.
Pero el área principal de interés en el laboratorio de Zubarev es biológica. “Si podemos modificar la rugosidad de la superficie de modo que las moléculas biológicas de interés se adsorban selectivamente en la superficie de nuestras resistentes nanovarillas, entonces podemos empezar a buscar concentraciones muy bajas de ADN o biomarcadores de cáncer. Hay muchos cánceres en los que los diagnósticos dependen de la concentración más baja del biomarcador que se puede detectar ".
