首页
400-620-6333
金纳米颗粒：性质及应用
简介
几个世纪以来，科学家们一直在使用胶体金纳米颗粒，利用它们与可见光的复杂相互作用所产生的迷人色彩。近年来，这些纳米颗粒非凡的光电特性激发了密集的研究，并进入了尖端技术领域，涵盖有机光伏、传感探针、治疗模式、生物和医学应用中的药物传递系统、电子传导材料和催化等多种领域。通过调整其大小、形状、表面化学或聚集状态等因素，可以精细调整金纳米颗粒的光学和电子特性，以满足特定用途。
金纳米颗粒的光学和电子特性
金纳米颗粒对光的响应行为受到其周围环境、大小和几何构型的强烈影响。当光束的振荡电场接近胶体金纳米颗粒时，它们会与自由电子相互作用，引发与可见光频率共振的电子电荷同步振荡。这种共振振荡现象被称为表面等离子体共振。在小型（约30纳米）、大小均匀的金纳米颗粒的情况下，这种共振会触发对蓝绿色光（约450纳米）的吸收，同时反射红光（约700纳米），从而产生鲜艳的红色。随着颗粒尺寸的增大，与表面等离子体共振相关的吸收会向更长、更红的波长移动，导致红光被吸收而蓝光被反射，从而产生淡蓝色或紫色的色调（图1）。随着颗粒接近其体积大小，共振波长会迁移到红外光谱中，反射大多数可见光波长，使纳米颗粒呈现透明或半透明的外观。通过控制这些纳米颗粒的大小或形状，可以调整表面等离子体共振，从而产生具有定制光学特性的颗粒，适用于各种应用。
图1. 各种尺寸单分散金纳米颗粒的颜色
当向金纳米颗粒溶液中加入过量的盐时，也会发生类似的转变。这种添加会中和纳米颗粒的表面电荷，促使它们聚结。因此，溶液的颜色会从红色变为蓝色。为了缓解聚结现象，金纳米颗粒的多功能表面化学特性使其能够用聚合物、小分子和生物识别元素进行包覆。这种表面改性策略扩展了金纳米颗粒在化学、生物、工程和医学领域的应用范围。表1概述了金纳米颗粒的一些特性。
表1. 金纳米颗粒的产品特性
应用
金纳米颗粒的应用正在迅速扩展，涵盖了以下多个领域：
1. 电子领域：金纳米颗粒在电子领域中不可或缺，它们被用作从可打印油墨到微芯片等各种物品中的导体。随着电子产品的不断缩小，纳米颗粒在芯片架构中发挥着关键作用，连接电阻器、导体和其他组件。
2. 光动力疗法：吸收近红外（NIR）光的金纳米颗粒，包括纳米壳和纳米棒，能够利用700至800纳米波长之间的光能产生热量，从而实现靶向肿瘤消融。这种高热疗法利用纳米颗粒在光照下的快速加热来破坏肿瘤细胞。
3. 治疗剂递送：金纳米颗粒的高表面积与体积比允许它们附着大量分子，包括治疗剂、靶向部分和抗污聚合物，使其成为药物递送的理想选择。
4. 传感器：金纳米颗粒在多种传感应用中发挥着作用。利用金纳米颗粒的比色传感器可以评估食品安全，而表面增强拉曼光谱则利用金纳米颗粒作为基底来检测化学键的振动特性，从而实现蛋白质、污染物和其他分子的无标记检测。
5. 探针：金纳米颗粒具有独特的光散射特性，在暗场显微镜下能产生鲜艳的颜色，使它们在生物成像中极具价值。其高密度也使其适合作为透射电子显微镜中的探针。
6. 诊断：金纳米颗粒有助于在多种医疗状况中检测生物标志物，包括心脏病、癌症和感染。它们还广泛用于侧向流免疫分析，这一技术通过家用验孕试纸而为人们所熟知。
7. 催化：金纳米颗粒在许多化学反应中作为催化剂，增强选择性氧化过程，并在某些情况下促进还原反应，如氮氧化物还原。研究人员正在不断探索其在燃料电池中的催化性能，以期在汽车和显示行业等领域实现应用。
阿拉丁质量优势
阿拉丁提供一系列广泛的金纳米颗粒，这些颗粒专为生命科学和材料科学领域的尖端应用量身定制。我们的产品包括直径从5纳米到400纳米不等的金纳米颗粒，具有多样化的表面功能，并溶解于多种溶剂中。
与常规使用柠檬酸钠或硼氢化钠等强还原剂合成球形金纳米颗粒的方法不同，阿拉丁拥有专有工艺和配方，能够产出高度球形的纳米颗粒，而无需使用这些强腐蚀性化学品。这些纳米颗粒在众多产品中脱颖而出，具有以下诸多优势：
1. 粒径分布狭窄，已通过动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）分析严格验证。每批产品都经过严格的质量控制，包括DLS和紫外-可见光谱（UV-Vis）分析（如图2所示），以确保一致性和精确度。
图2. DLS和UV-Vis光谱显示阿拉丁提供的精确金纳米颗粒。
2. 一致的尺寸和形状——变异系数（CV）小于10%，即使直径超过100纳米。5纳米和400纳米纳米颗粒的示例如下图3所示。
图3. 变异系数（CV）小于8%的5纳米（左）和400纳米（右）金纳米颗粒的透射电子显微镜（TEM）图像。
金纳米海胆
图4. 100 nm金纳米海胆的透射电子显微镜图像
与具有相同核心直径的球形金纳米颗粒相比，金纳米海胆展现出独特的光学特性。它们尖锐且不规则的表面使表面等离子体共振（SPR）峰发生红移，并在其突起的尖端产生更显著的电磁场增强，这种增强效果超过了球形颗粒。例如，100纳米的球形金纳米颗粒在570纳米处显示SPR峰，而100纳米的金纳米海胆则在大约680纳米处显示SPR峰，如图4所示。
图5. 左图-100 nm金纳米海胆（蓝色）和100 nm标准金纳米颗粒（绿色）的紫外-可见光谱。注意表面等离子体共振峰的红移。右图-直径从50纳米到100纳米不等的金纳米海胆的紫外-可见光谱。
前景
金纳米颗粒由于其成熟的合成方法，具有明确的电子和物理特性，这使得它们在各种应用中具有高度的通用性。此外，它们的表面化学性质易于改性，进一步增加了其吸引力。这些特性使得金纳米颗粒在学术研究中被广泛使用，并成为全球医疗诊断设备和工业产品中的关键元素。我们广泛的金纳米颗粒产品组合面向全球研究人员，旨在进一步推动它们在尖端科技应用中的采用。
参考文献
1. Huang D, Liao F, Molesa S, Redinger D, Subramanian V. 2003. Plastic-Compatible Low Resistance Printable Gold Nanoparticle Conductors for Flexible Electronics. J. Electrochem. Soc.. 150(7): G412. https://doi.org/10.1149/1.1582466
2. Stuchinskaya T, Moreno M, Cook MJ, Edwards DR, Russell DA. 2011. Targeted photodynamic therapy of breast cancer cells using antibody-phthalocyanine-gold nanoparticle conjugates. Photochem. Photobiol. Sci.. 10(5):822. https://doi.org/10.1039/c1pp05014a
3. Brown SD, Nativo P, Smith J, Stirling D, Edwards PR, Venugopal B, Flint DJ, Plumb JA, Graham D, Wheate NJ. 2010. Gold Nanoparticles for the Improved Anticancer Drug Delivery of the Active Component of Oxaliplatin. J. Am. Chem. Soc.. 132(13):4678-4684. https://doi.org/10.1021/ja908117a
4. Ali ME, Mustafa S, Hashim U, Che Man YB, Foo KL. 2012. Nanobioprobe for the Determination of Pork Adulteration in Burger Formulations. Journal of Nanomaterials. 20121-7. https://doi.org/10.1155/2012/832387
5. Perrault SD, Chan WCW. 2010. In vivo assembly of nanoparticle components to improve targeted cancer imaging. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107(25):11194-11199. https://doi.org/10.1073/pnas.1001367107
6. Peng G, Tisch U, Adams O, Hakim M, Shehada N, Broza YY, Billan S, Abdah-Bortnyak R, Kuten A, Haick H. 2009. Diagnosing lung cancer in exhaled breath using gold nanoparticles. Nature Nanotech. 4(10):669-673. https://doi.org/10.1038/nnano.2009.235
7. Thompson DT. 2007. Using gold nanoparticles for catalysis. Nano Today. 2(4):40-43. https://doi.org/10.1016/s1748-0132(07)70116-0