nanoparticules d'or, Haut, créé par le laboratoire de l'Université Rice d'Eugene Zubarev prennent la forme de carambole, au dessous de, dans un bain chimique au nitrate d'argent, acide ascorbique et chlorure d'or. Crédit :Zubarev Lab/Rice University
(PhysOrg.com) -- Ils ressemblent à des fruits, et en effet, les étoiles nanométriques de la nouvelle recherche à l'Université Rice ont des implications savoureuses pour l'imagerie médicale et la détection chimique.
Nanotiges d'or en forme de carambole synthétisées par le chimiste Eugene Zubarev et Leonid Vigderman, un étudiant diplômé dans son laboratoire au Rice's BioScience Research Collaborative, pourrait nourrir des applications qui reposent sur la spectroscopie Raman à surface améliorée (SERS).
La recherche est apparue en ligne ce mois-ci dans le journal de l'American Chemical Society Langmuir .
Les chercheurs ont découvert que leurs particules renvoyaient des signaux 25 fois plus puissants que des nanotiges similaires avec des surfaces lisses. Cela pourrait permettre à terme de détecter de très petites quantités de molécules organiques telles que l'ADN et les biomarqueurs, trouvé dans les fluides corporels, pour des maladies particulières.
« Il y a un grand intérêt pour les applications de détection, " a déclaré Zubarev, professeur agrégé de chimie. « Le SERS tire parti de la capacité de l'or à améliorer localement les champs électromagnétiques. Les champs se concentreront sur des défauts spécifiques, comme les arêtes vives de nos nanocaramboles, et cela pourrait aider à détecter la présence de molécules organiques à très faible concentration.
SERS peut détecter les molécules organiques par elles-mêmes, mais la présence d'une surface dorée améliore grandement l'effet, dit Zubarev. « Si nous prenons le spectre des molécules organiques en solution et le comparons au moment où elles sont adsorbées sur une particule d'or, la différence peut être des millions de fois, " a-t-il dit. Le potentiel d'amplifier encore ce signal plus fort par un facteur de 25 est important, il a dit.
Nanostarfruits commencent comme des nanofils d'or avec des sections transversales pentagonales. Le chimiste du riz Eugene Zubarev pense que les ions d'argent et le bromure se combinent pour former un sel insoluble qui retarde la croissance des particules le long des surfaces planes des pentagones. Crédit :Zubarev Lab/Rice University
Zubarev et Vigderman ont cultivé des lots de tiges en forme d'étoile dans un bain chimique. Ils ont commencé avec des particules de graines de nanotiges d'or hautement purifiées avec des sections transversales pentagonales développées par le laboratoire de Zubarev en 2008 et les ont ajoutées à un mélange de nitrate d'argent, acide ascorbique et chlorure d'or.
Plus de 24 heures, les particules gonflées jusqu'à 550 nanomètres de long et 55 nanomètres de large, beaucoup avec des extrémités pointues. Les particules prennent des crêtes sur toute leur longueur; photographié tête en bas au microscope électronique, ils ressemblent à des piles d'oreillers en forme d'étoile.
Pourquoi les pentagones se transforment en étoiles est encore un peu un mystère, Zubarev a dit, mais il était prêt à spéculer. « Pendant longtemps, notre groupe s'est intéressé à l'amplification en taille des particules, " a-t-il dit. "Il suffit d'ajouter du chlorure d'or et un agent réducteur aux nanoparticules d'or, et ils deviennent assez grands pour être vus avec un microscope optique. Mais en présence d'ions nitrate et bromure d'argent, les choses se passent différemment.
Lorsque Zubarev et Vigderman ont ajouté un surfactant commun, bromure de cétyltriméthylammonium (alias CTAB), au mélange, le bromure combiné avec les ions argent pour produire un sel insoluble. "Nous pensons qu'un mince film de bromure d'argent se forme sur les faces latérales des tiges et les bloque partiellement, ", a déclaré Zubarev.
Cela a à son tour ralenti le dépôt d'or sur ces surfaces planes et a permis aux nanotiges de rassembler plus d'or aux points du pentagone, où ils ont poussé dans les crêtes qui ont donné aux tiges leur section transversale en forme d'étoile. « Le bromure d'argent est susceptible de bloquer les surfaces planes plus efficacement que les arêtes vives entre elles, " a-t-il dit.
Les chercheurs ont essayé de remplacer l'argent par d'autres ions métalliques tels que le cuivre, Mercure, fer et nickel. Tous ont produit des nanotiges relativement lisses. « Contrairement à l'argent, aucun de ces quatre métaux ne forme des bromures insolubles, et cela peut expliquer pourquoi l'amplification est très uniforme et conduit à des particules avec des surfaces lisses, " a-t-il dit.
Les chercheurs ont également développé des nanofils plus longs qui, avec leurs avantages optiques, peuvent avoir des propriétés électroniques uniques. Expérimentations en cours avec Stephan Link, professeur assistant de chimie et de génie chimique et biomoléculaire, permettra de caractériser la capacité des nanofils de carambole à transmettre un signal plasmonique. Cela pourrait être utile pour les guides d'ondes et autres dispositifs optoélectroniques.
Mais le principal domaine d'intérêt du laboratoire de Zubarev est biologique. « Si nous pouvons modifier la rugosité de la surface de manière à ce que les molécules biologiques d'intérêt s'adsorbent sélectivement sur la surface de nos nanotiges robustes, nous pouvons alors commencer à étudier de très faibles concentrations d'ADN ou de biomarqueurs du cancer. Il existe de nombreux cancers pour lesquels le diagnostic dépend de la concentration la plus faible du biomarqueur pouvant être détectée. »
