Nanopartículas de ouro, principal, criado pelo laboratório da Rice University de Eugene Zubarev assumir a forma de carambola, abaixo, em um banho químico com nitrato de prata, ácido ascórbico e cloreto de ouro. Crédito:Zubarev Lab / Rice University
(PhysOrg.com) - Eles se parecem com frutas, e, de fato, as estrelas em nanoescala de novas pesquisas na Rice University têm implicações saborosas para imagens médicas e sensoriamento químico.
Nanobastões de ouro em forma de fruta-estrela sintetizados pelo químico Eugene Zubarev e Leonid Vigderman, um estudante de pós-graduação em seu laboratório na Rice’s BioScience Research Collaborative, poderia alimentar aplicações que dependem de espectroscopia Raman de superfície aprimorada (SERS).
A pesquisa apareceu online este mês no jornal American Chemical Society Langmuir .
Os pesquisadores descobriram que suas partículas retornaram sinais 25 vezes mais fortes do que nanobastões semelhantes com superfícies lisas. Isso pode tornar possível detectar quantidades muito pequenas de moléculas orgânicas como DNA e biomarcadores, encontrado em fluidos corporais, para doenças específicas.
“Há um grande interesse em aplicações de detecção, ”Disse Zubarev, um professor associado de química. “O SERS aproveita a capacidade do ouro de aumentar os campos eletromagnéticos localmente. Os campos se concentrarão em defeitos específicos, como as arestas afiadas de nossas nanoestarfrutas, e isso poderia ajudar a detectar a presença de moléculas orgânicas em concentração muito baixa. ”
SERS pode detectar moléculas orgânicas por si próprios, mas a presença de uma superfície dourada aumenta muito o efeito, Zubarev disse. “Se pegarmos o espectro de moléculas orgânicas em solução e compará-lo a quando elas são adsorvidas em uma partícula de ouro, a diferença pode ser milhões de vezes, Disse ele. O potencial de aumentar ainda mais esse sinal mais forte por um fator de 25 é significativo, ele disse.
Nanostarfruits começam como nanofios de ouro com seções transversais pentagonais. O químico de arroz Eugene Zubarev acredita que os íons de prata e o brometo se combinam para formar um sal insolúvel que retarda o crescimento das partículas ao longo das superfícies planas dos pentágonos. Crédito:Zubarev Lab / Rice University
Zubarev e Vigderman cultivaram lotes de bastões em forma de estrela em um banho químico. Eles começaram com partículas de sementes de nanobastões de ouro altamente purificado com seções transversais pentagonais desenvolvidas pelo laboratório de Zubarev em 2008 e as adicionaram a uma mistura de nitrato de prata, ácido ascórbico e cloreto de ouro.
Mais de 24 horas, as partículas inflaram até 550 nanômetros de comprimento e 55 nanômetros de largura, muitos com pontas pontiagudas. As partículas assumem cristas ao longo de seu comprimento; fotografado de ponta-cabeça com um microscópio eletrônico, eles se parecem com pilhas de travesseiros em forma de estrela.
Por que os pentágonos se transformam em estrelas ainda é um mistério, Zubarev disse, mas ele estava disposto a especular. “Por muito tempo, nosso grupo tem se interessado na amplificação do tamanho das partículas, Disse ele. “Basta adicionar cloreto de ouro e um agente redutor às nanopartículas de ouro, e eles se tornam grandes o suficiente para serem vistos com um microscópio óptico. Mas na presença de nitrato de prata e íons brometo, as coisas acontecem de forma diferente. ”
Quando Zubarev e Vigderman adicionaram um surfactante comum, brometo de cetiltrimetilamônio (também conhecido como CTAB), para a mistura, o brometo combinado com os íons de prata para produzir um sal insolúvel. “Acreditamos que uma fina película de brometo de prata se forma nas faces laterais das hastes e as bloqueia parcialmente, ”Zubarev disse.
Isso, por sua vez, desacelerou a deposição de ouro nessas superfícies planas e permitiu que os nanobastões reunissem mais ouro nas pontas do pentágono, onde cresciam nas cristas que davam às hastes sua seção transversal semelhante a uma estrela. “É provável que o brometo de prata bloqueie superfícies planas com mais eficiência do que bordas afiadas entre elas, Disse ele.
Os pesquisadores tentaram substituir a prata por outros íons metálicos, como cobre, mercúrio, ferro e níquel. Todos produziram nanobastões relativamente lisos. “Ao contrário da prata, nenhum desses quatro metais forma brometos insolúveis, e isso pode explicar porque a amplificação é altamente uniforme e leva a partículas com superfícies lisas, Disse ele.
Os pesquisadores também cultivaram nanofios mais longos que, junto com suas vantagens ópticas, pode ter propriedades eletrônicas exclusivas. Experimentos em andamento com Stephan Link, professor assistente de química e engenharia química e biomolecular, ajudará a caracterizar a capacidade dos nanofios de fruta-estrela de transmitir um sinal plasmônico. Isso pode ser útil para guias de ondas e outros dispositivos optoeletrônicos.
Mas a principal área de interesse no laboratório de Zubarev é biológica. “Se pudermos modificar a rugosidade da superfície de modo que as moléculas biológicas de interesse sejam adsorvidas seletivamente na superfície de nossos nanobastões robustos, então podemos começar a observar concentrações muito baixas de DNA ou biomarcadores de câncer. Existem muitos tipos de câncer em que o diagnóstico depende da concentração mais baixa do biomarcador que pode ser detectado. ”
