Закономерности формирования и физико-химические свойства наноструктур золота, иммобилизованных на кремнийсодержащих поверхностях

Пестовский, Юрий Сергеевич

Закономерности формирования и физико-химические свойства наноструктур золота, иммобилизованных на кремнийсодержащих поверхностях тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

Пестовский, Юрий Сергеевич АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Иваново МЕСТО ЗАЩИТЫ

2012 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.04 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Закономерности формирования и физико-химические свойства наноструктур золота, иммобилизованных на кремнийсодержащих поверхностях»

Автореферат диссертации на тему "Закономерности формирования и физико-химические свойства наноструктур золота, иммобилизованных на кремнийсодержащих поверхностях"

На правах рукописи

ПЕСТОВСКИЙ Юрий Сергеевич

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОСТРУКТУР ЗОЛОТА, ИММОБИЛИЗОВАННЫХ НА КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИХ ПОВЕРХНОСТЯХ

02.00.04 - Физическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Иваново 2012

005046997

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова» (Химический факультет) и ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет».

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Макаров Сергей Васильевич (ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет», заведующий кафедрой технологии пищевых продуктов и биотехнологии)

доктор химических наук, профессор Михайлов Олег Васильевич (ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», профессор кафедры аналитической химии, стандартизации и менеджмента качества)

Ведущая организация: ФГБУ науки «Институт химии растворов име-

ни Г.А. Крестова РАН» (г. Иваново)

Защита состоится «20» июня 2012 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д212.063.06 при Ивановском государственном химико-технологическом университете по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7, ауд. Г-205.

Тел.: (4932) 32-54-33, факс: (4932) 32-54-33, e-mail: dissovet@isuct.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Информационном центре Ивановского государственного химико-технологического университета по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан «18» мая 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д212.063.06

e-mail: Egorova-D6@vandex.ru

Егорова Е.В.

г*

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время наночастицы и наноструктуры золота, иммобилизованные на твердых поверхностях, находят применение в различных областях науки и технологии.

Важнейшими свойствами наночастиц золота являются возможность локализации и усиления оптических полей, а также наличие собственных колебаний с частотами, лежащими в оптической области [1]. Эти свойства нашли применение для высокочувствительного определения биомолекул, основанного на зависимости спектра поглощения наночастиц от их молекулярного окружения, а также на эффекте гашения флуоресценции. Известно также, что наночастицы золота способны к реализации эффекта гигантского комбинационного рассеяния (ГКР). Спектроскопия ГКР обладает очень высокой чувствительностью и в ряде случаев позволяет обнаруживать одиночные молекулы. Кроме этого, конъюгаты наночастиц с антителами могут быть также использованы для визуализации объектов в живых тканях, что открывает перспективы их дальнейшего использования для направленной фототермической терапии. Визуализация может быть достигнута как с использованием оптических свойств наночастиц, так и методом спектроскопии ГКР.

Экспериментально показано, что золотые наноструктуры, состоящие из нескольких наночастиц (агрегаты наночастиц) могут концентрировать оптические поля в манометровые области [2]. Данное свойство агрегатов используется для дополнительного усиления сигнала в спектре ГКР. Кроме того, плазмонные колебания, не сильно локализованные в зазорах между наночастицами, приводят к распространению энергии по всему агрегату. Это открывает возможности использования агрегатов наночастиц золота в оптоэлектронных устройствах.

Основным методом получения наночастиц и наноструктур золота является автометаллография, которая представляет собой увеличение металлических наночастиц в результате осаждения на их поверхность ионов металла из раствора. Так как описанные свойства наночастиц прямо зависят от их размера, задачей первостепенной важности является оптимизация режима проведения процесса с целью воспроизводимого получения наночастиц желаемой степени дисперсности. И хотя использование автометаллографии позволило достичь определенных успехов, для полного решения проблемы необходимы дальнейшие исследования кинетики и механизмов роста наночастиц. Процесс автометаллографии может быть использован и для получения агрегатов наночастиц, образование которых обычно инициируют повышением ионной силы раствора. Однако в этих условиях процесс протекает невоспроизводимо и приводит к образованию нестабильных агрегатов. Поэтому необходим поиск других условий получения агрегатов, а также исследование кинетики и механизма их формирования.

Цель работы. Анализ закономерностей формирования и физико-химических свойств наночастиц и наноструктур золота, получаемых методами автометаллографии и агрегации под действием полиэлектролитов. Исследование возможности практического использования наноструктур золота для анали-

за биологических объектов. Исследования проводились по следующим основным направлениям:

1) Разработка и оптимизация методики иммобилизации наночастиц золота на твердых кремнийсодержащих поверхностях (слюда, кремний, стекло). Выявление кинетических закономерностей и механизмов автометаллографии и ферментативной металлографии.

2) Разработка и оптимизация методики воспроизводимого получения агрегатов золотых наночастиц. Выявление кинетических закономерностей и механизмов формирования наноструктурированных поверхностей за счет агрегации наночастиц полиэлеюролитами в процессе иммобилизации.

3) Разработка и оптимизация методики иммобилизации красителя на поверхность золотых наночастиц. Анализ возможности увеличения интенсивности спектральной линии красителя с использованием наноструктур золота.

Научная новизна работы. При выполнении работы были получены следующие новые данные и результаты:

1) Проведено исследование кинетики автометаллографии при восстановлении золотохлористоводородной кислоты пероксидом водорода. Показано, что процесс описывается кинетической схемой автокатализа. Выяснены условия, обеспечивающие протекание процесса в кинетическом и диффузионном режимах. Установлена линейная зависимость скорости автометаллографии в растворе от концентрации Н202. Установлена зависимость поверхностной концентрации наночастиц и наноагрегатов от концентрации наночастиц в исходном растворе, используемом для электростатической иммобилизации.

2) Проведено исследование кинетики ферментативной металлографии с использованием системы глюкозооксидаза-глюкоза в качестве источника Н202. Показано, что, в отличие от автометаллографии, данный процесс приводит к асинхронному росту наночастиц и позволяет получать наноструктуры, одновременно содержащие наночастицы различного размера.

3) Впервые исследованы кинетические закономерности агрегации золотых наночастиц полиэлектролитами. Установлено, что данный процесс приводит к формированию агрегатов, устойчивых в растворе.

4) Установлено, что наноструктуры золота (агрегаты наночастиц, видоизмененные автометаллографией) способствуют увеличению интенсивности сигнала в спектре ГКР. Обнаружено, что интенсивность спектральной линии зависит от противоиона, вводимого в раствор полиэлектролита. Продемонстрирована применимость данного эффекта в иммуноанализе.

Практическая значимость работы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке и оптимизации методов получения золотых наночастиц и наноструктур, при анализе механизмов процесса автометаллографии, а также для повышения чувствительности анализа, проводимого с использованием спектрофотометрии и спектроскопии ГКР.

Личный вклад автора. Все экспериментальные и расчетные результаты получены лично автором. Автором также были разработаны алгоритмы, позволяющие автоматизировать проводимые вычисления.

Апробация работы. Основные положения и выводы диссертационной работы докладывались на международной конференции "Биокатализ-2009" (Архангельск, 2009), IV международной конференции "Современные достижения бионаноскопии" (Москва, 2010), V международной конференции "Современные достижения бионаноскопии" (Москва, 2011), IV Конгрессе с международным участием "Опухоли головы и шеи" (Иркутск, 2011), II Международной школе "Наноматериалы и нанотехнологии в живых системах. Безопасность и наномедицина" (Московская область, 2011). Всего сделано 7 докладов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 3 статьи в ведущих рецензируемых журналах и 7 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованных литературных источников. Общий объем диссертации составляет 152 страницы, включая 49 рисунков и 6 таблиц. Список использованных источников содержит 158 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цели и основные задачи работы.

В первой главе проведен обзор литературных данных по теме исследований. Рассмотрены варианты и кинетические модели автометаллографии при использовании различных восстановителей. Проведен анализ работ по механизмам роста наночастиц золота при восстановлении золотохлористоводород-ной кислоты пероксидом водорода. Обобщены данные по разновидностям ферментативной металлографии. Рассмотрены вопросы практических приложений наночастиц и наноструктур золота.

Результаты анализа литературных данных могут быть обобщены в виде следующих положений:

1) Наночастицы золота, иммобилизованные на твердых поверхностях, обладают уникальными квантовомеханическими свойствами и нашли применение для высокочувствительного определения биомолекул. Для получения наночастиц золота используется автометаллография с применением различных восстановителей, в том числе Н202. Отличительными особенностями Н202 являются отсутствие зародышеобразования и возможность ферментативной генерации. Тем не менее, кинетика и механизмы роста золотых наночастиц при восстановлении золотохлористоводородной кислоты Н202 изучены недостаточно. Это обстоятельство существенно ограничивает применимость автометаллографии для получения наночастиц с требуемыми характеристиками.

2) Агрегаты наночастиц золота представляют собой наноструктуры с уникальными оптическими свойствами, отсутствующими у изолированных наночастиц. Однако закономерности процесса агрегации практически не изучались, поэтому формирование наноструктур чаще всего проводится в условиях, далеких от оптимальных. Действие автометаллографии на агрегаты золотых

наночастиц также не изучалось, поэтому оптические свойства получаемых таким способом объектов не известны.

На основании вышесказанного была сформулирована цель диссертационной работы.

Во второй главе приведены описание лабораторной установки для получения наноструктур золота, сведения об использованных реагентах и материалах, методики эксперимента. Также описаны методы исследования наночастиц и наноструктур и методики обработки полученных данных.

Исследования проводили по следующей схеме: 1) ковалентная модификация поверхности подложек аминогруппами или обработка полиэлектролитами; 2) иммобилизация золотых наночастиц на поверхности за счет электростатического взаимодействия наночастиц с поверхностью образцов; 3) проведение аЕгометаллографии или ферментативной металлографии с использованием Н202 в качестве восстановителя. На каждом этапе исследований контроль поверхности образцов проводили методами атомно-силовой микроскопии (АСМ), электронной микроскопии и спектрофотометрии (Табл. 1). При исследовании возможностей практического приложения наноструктур золота для высокочувствительного анализа биомолекул использовалась спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния (ГКР).

Методы контроля, оборудование и измеряемые параметры ____Таблица 1

Метод Оборудование Измеряемый параметр

АСМ Атомно-силовой микроскоп Р47-SPM-MDT Solver (НТ-МДТ) количество («) и размер наночастиц (И)

Электронная микроскопия Электронный микроскоп Supra-40 (Carl Zeiss) количество (я) и размер (И) наночастиц

Спектрофото-метрия Спектрофотометр Shimadzu UV-1800 оптическая плотность (О)

ГКР Спектрометр ¡nnoRam (B&WTek, Inc.) интенсивность линии в спектре

Для модификации аминогруппами образцы слюды, стекла или кремния выдерживали под слоем аминопропилтриэтоксисилана (АПТЭС) без растворителя в течение 2 часов, затем поверхность промывали деионизованной водой (18.2 МОм-см) в течение 15 мин. В случае обработки раствором полиэлектролита поверхность выдерживали с ним в течение 10 мин. В случае полианионов использовалось послойное нанесение полиэлектролитов. Использовалась также выдержка поверхности с раствором, содержащим одновременно поликатион и золотые наночастицы, в течение 30 мин. Для исследования были выбраны следующие концентрации полиэлектролитов: 7.91 мг/мл хлорида полидиметилди-аллиламмония в присутствии 20 мМ Nal и без него, 125 мг/мл полиэтиленими-на, 67.6 мг/мл поли-(2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфокислоты), 2.5 мг/мл полианетолсульфоната натрия.

Для иммобилизации золотых наночастиц модифицированные аминогруппами или обработанные полиэлектролитами образцы выдерживали с раствором наночастиц размером 10 нм (1.14><1012 частиц/мл) в течение 30 мин. Для образцов, исследуемых методом спектроскопии ГКР, иммобилизация проводилась в течение 1 часа.

Автометаллографию проводили в 0.01 М натрий-фосфатном буферном растворе (рН 7.2), содержащем 2x10"3 М ПАВ (хлорида цетилтриметиламмо-ния), Н202 и 2х 10" М НАиСЦ. При больших концентрациях НАиСЦ происходит высаливание ЫаАиСЦ. Концентрацию Н202 варьировали в диапазоне 2><10"6-2*10"2 М.

Ферментативную металлографию проводили в 0.01 М натрий-фосфатном буферном растворе (рН 6 и рН 6.5), содержащем 2* КГ3 М ПАВ, 2><1(Г4 М НАиСЦ, глюкозу и глюкозооксидазу. Концентрацию глюкозы варьировали в диапазоне 2х 10"6 М-0.1 М, концентрацию глюкозооксидазы - в интервале 94141 мкг/мл.

Для иммобилизации красителя к раствору золотых наночастиц добавляли з 2 раза больший объем насыщенного водного раствора 5,5'-дитиобис(2-нитробензойной кислоты). Реакцию проводили в защищенном от света месте в течение 7 часов. Затем наночастицы отделяли центрифугированием при 13000 об/мин в течение 10 мин и ресуспендировали в воде.

Все описанные операции и реакции проводили при комнатной температуре.

В третьей главе представлены результаты исследований кинетики формирования и физико-химических свойств наночастиц и наноструктур золота, иммобилизованных на твердых поверхностях.

Схема модификации поверхностей слюды, стекла и полированного кремния аминогруппами представлена на рис. 1. Наличие аминогрупп на модифицированной поверхности подтверждалось флуоресценцией под действием оптического излучения (к = 488 нм) после проведения качественной реакции с изо-тиоцианатом флуоресцеина. Сравнение площади молекулы аминопропилтри-этоксисилана (менее 25 А2) и площади элементарной ячейки слюды (50 А2) показывает, что каждая молекула АПТЭС взаимодействует с поверхностью слюды только одной этоксигруппой, остальные две гидролизуются.

Иммобилизация наночастиц золота на модифицированных поверхностях проводилась за счет их электростатического связывания с поверхностью. Было найдено, что зависимость поверхностной концентрации изолированных наночастиц и агрегатов (л) от концентрации наночастиц в прекурсоре описывается кривой с насыщением (рис. 2), при этом наибольшее значение поверхностной концентрации достигается через 30 мин. Это может быть связано с обратимостью процесса иммобилизации и накоплением продуктов гидролиза АПТЭС, дестабилизирующих наночастицы. Распределение объектов по высоте (И) является воспроизводимым с максимумом при 8±2 нм (рис. 3(а)). Спектрофотомет-рическое исследование поверхностей слюды и стекла с иммобилизованными наночастицами показало, что основной вклад в оптическую плотность (О) вносят агрегаты.' Уменьшение концентрации наночастиц в прекурсоре (7.7* 10117

1.54* 10" частиц/мл) или времени обработки поверхности (30-10 мин) приводит к смещению максимума поглощения с 629 нм до 560 нм и 529 нм, соответственно. Это свидетельствует о снижении количества агрегировавших наночастиц.

Согласно данным электронной микроскопии, рассмотренные способы модификации поверхности и иммобилизации на них наночастиц золота применимы и для кремниевых образцов. Иммобилизация в данном случае также сопровождается частичной агрегацией наночастиц.

-он

Н2М(СН2)зЭ(0С2Н5Ь

-он

н2о с2н5он

25 20 15 10 5 О

11л.

О 10 20 30 40 50 60 70 с С1011 частиц/мл)

Рис. 1. Схема модификации поверхности Рис. 2. Зависимость количества одиночных стекла аминогруппами. наночастиц (черные точки) и агрегатов (бе-

лые точки) от концентрации наночастиц в прекурсоре. Область сканирования - 9 мкм2.

Автометаллография наночастиц золота, иммобилизованных на поверхностях слюды, стекла или кремния, проводилась при восстановлении НАиС14 пе-роксидом водорода:

АиСЦ" + 3/2 Н202 -» Ли4- + 4СГ+ /2 07] + ЗН+

Термодинамические расчеты показали, что данная реакция может протекать при сколь угодно низких концентрациях Н202.

Было найдено, что автометаллография приводит к смещению максимума распределения иммобилизованных наночастиц золота по высоте в область больших высот (рис. 3). С увеличением концентрации Н202 в интервале 2 х 10"6— 2х\0"2 М высота наночастиц также увеличивается (рис. 4), а их количество остается постоянным. По нашему мнению, причиной данного эффекта является отсутствие зародышеобразования.

Кинетические кривые автометаллографии (рис. 5) выходят на насыщение, при этом длительность квазистационарного участка кинетических кривых уменьшается с ростом концентрации Н202. Это может быть связано с достижением наночастицами критического размера V ~ лИ3/6, при котором становится существенным вклад сопропорционирования золота. Величина скорости про-

цесса, соответствующая квазистационарному участку кинетической кривой, составляет 298.5 нм3/мин для концентрации Н202 5x10"5 М и 6640.2 нм3/мин для концентрации Н202 2* 10"2 М.

? 20

Э" 15

гЗ Н 10

а-

■ flPnrnn г.

30 h, нм

40 50 60

14 * 12

1 Ю

Р 8

& б «

S 4

У 2

Jul

■ "Л"-»" I и

30 h, нм

Рис. 3. Вид распределения объектов по высоте для образца с иммобилизованными золотыми наночастицами (а) до и (б) после проведения автометаллографии в течение 30 мин при 5*10"5 М Н202. Данные получены методом АСМ.

Зависимость скорости автометаллографии от концентрации Н202 близка к прямой пропорциональности, что косвенно свидетельствует о протекании процесса по первому кинетическому порядку по концентрации пероксида водорода. Величина кажущейся константы скорости процесса составляет 3.3* 103 с"1. Установлено также, что кинетические кривые автометаллографии хорошо аппроксимируются уравнением автокатализа (рис. 5).

40 35 30 ¡25 20 15 10

10-6

ю-5

10"» ■ 10° с(Н202),М

ю-2

10 1

Рис. 4. Зависимость положения максимума распределения иммобилизованных золотых наночастиц по высоте от концентрации пероксида водорода после проведения автометаллографии в течение 10 мин.

Эксперименты с использованием слюды с модифицированной поверхностью, но без иммобилизованных наночастиц показали, что объекты высотой от

10 15 20 мин

Рис. 5. Зависимость объема наночастиц от времени проведения автометаллографии-1-5-10* М, 2 - 6-10"* М, 3-21<РМ Н202. Точки - эксперимент, линии - расчет по уравнению автокатализа.

8 нм и более в ходе автометаллографии не возникают. Это свидетельствует об отсутствии зародышеобразования и подтверждает автокаталитический характер процесса. Полидисперсность золотых наночастиц в ходе автометаллографии также не изменяется, что указывает на кинетический режим процесса.

Эксперименты показали, что величина D и положение максимума поглощения наночастиц золота зависят от их размера (рис. 6). Ярко выраженный, воспроизводимый и близкий к линейному характер зависимости D=f(V) позволяет получать кинетические кривые автометаллографии спектрофотометриче-ски при X = const (рис. 7). Эти кривые имеют хорошее качественное и количественное согласие с аналогичными зависимостями, полученными с использованием АСМ. Наличие начального нестационарного участка длительностью до 240 с может быть связано с обменом адсорбированных на поверхности наночастиц цитрат-ионов на тетрахлороаурат-ионы. Отметим также, что при 2х 10"5 М Н202 скорость роста величины D зависит от скорости перемешивания раствора, что является признаком протекания процесса в диффузионном режиме. Однако при более высоких концентрациях Н202 или в отсутствие ПАВ такая зависимость не обнаруживается.

X, нм

Рис. 6. Спектр поглощения золотых наночастиц диаметром 10 нм при восстановлении НАиС14 2*10"2 М Н202. Цифры над кривыми - время процесса, мин.

0.25 ■

0.20 • ........i

0.15 • .•*

0.10 • .* ■

0.05 •

0.00 1---1-1-1----

0 200 400 600 800 1000 1200 t. с

Рис. 7. Зависимость оптической плотности раствора золотых наночастиц диаметром 5 нм при 540 нм от времени проведения автометаллографии при 5х

Было найдено также, что в отсутствие золотых наночастиц оптическая плотность раствора не зависит от времени проведения автометаллографии. При этом, даже в присутствии образцов с иммобилизованными золотыми наноча-стицами, после проведения автометаплографии максимум в спектре поглощения раствора в области 300-940 нм не обнаруживается. Эти данные свидетельствуют об отсутствии зародышеобразования. Исследования образцов кремния методом электронной микроскопии показали, что автометаллография приводит не только к увеличению наночастиц, но и к приобретению ими неправильной формы, что связано с возникновением золотых нанокластеров на их поверхности. Автометаллография также приводит к видоизменению агрегатов.

Поскольку в ходе автометаллографии на рост наночастиц расходуется не более 25% добавленной НАиСЦ, насыщение на кинетических кривых (рис. 5 и 7) не связано с исчерпанием реагентов. Кроме этого, в отсутствие Н202 при одновременном присутствии всех остальных необходимых для автометаллографии реагентов и наночастиц размером 2 нм оптическая плотность раствора падает с течением времени. Максимальная скорость этого падения линейно зависит от концентрации наночастиц в растворе, что свидетельствует о протекании процесса по первому кинетическому порядку. Следовательно, в системе протекает реакция сопропорционирования золота:

2 Аи + АиСЬГ + 2СГ -> 3 АиСЬ"

глюкозооксидаза

При этом насыщение кинетических кривых автометаллографии объясняется переходом системы в состояние динамического равновесия, когда рост и растворение наночастиц уравновешивают друг друга. Величина константы скорости сопропорционирования, определенной из наклона зависимостей логарифма оптической плотности от времени, составляет 5.0x10' с'1.

Особым вариантом метода автометаллографии является метод ферментативной металлографии. В основе этого метода лежит ферментативная генерация Н202 одновременно с восстановлением НАиСЦ. Для генерации пероксида водорода была исследована система глюкозооксидаза-глюкоза (рис. 8). Было найдено, что ферментативная металлография приводит к появлению дополнительного максимума распределения иммобилизованных на поверхности слюды наночастиц по высоте в области 17±1 нм (рис. 9), который, вероятно, соответствует нано-частицам, адсорбировавшим повышенное количество фермента.

Кинетические кривые ферментативной металлографии (рис. 10) являются линейными, без насыщения при больших временах процесса. Это может быть связано с наличием на поверхности наночастиц адсорбированного фермента, генерирующего Н202, что препятствует сопропорциони-рованию золота. Величина скорости процесса для 94 мкг/мл глюкозооксидазы составляет

ОН ОН Рис. 8. Схема ферментативной металлографии.

22.4 нм /мин, что заметно ниже по сравнению со скоростью автометаллографии при той же эффективной концентрации пероксида водорода (-10"* М). По нашему мнению, это связано с медленной генерацией Н202 в ферментативной реакции. Кажущееся отсутствие начального нестационарного участка также связано с низкой скоростью роста наночастиц, протекающего медленнее, чем обмен ионов на их поверхности. Зависимость скорости фермента-

тивной металлографии от концентрации глюкозы близка к линейной, что косвенно свидетельствует о протекании реакции по первому кинетическому порядку по концентрации глюкозы. Величина кажущейся константы скорости процесса составляет 2.74* 103 с-1.

1 ІІІ I .

30 Ь, нм

0.26 0.24 0.22 0.20 0.18 ' 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08

400

800

1200

1600

Рис. 9. Распределение объектов по высоте после 30 мин ферментативной металлографии при 0.1 М глюкозы. Область сканирования -10 мкм2.

Рис. 10 Зависимость оптической плотности (Л = 520 нм) раствора наночастиц размером 10 нм от времени при ферментативной металлографии в присутствии 0.01 М глюкозы, 141 мкг/мл (пунктир) и 92 мкг/мл глюкозоок-сидазы (сплошная линия).

Существует и другой вариант ферментативной металлографии, связанный с ускорением автометаллографии пероксидазой хрена. В случае восстановления серебра для этого необходима модуляция пероксидазной активности ЭДТА при рН 6. В случае золота данный комплексон участвует в побочных реакциях, в том числе восстанавливает золотохлористоводородную кислоту без участия Н202. Однако ускорение восстановления НАиС14 пероксидом водорода в присутствии пероксидазы достигается и в отсутствие ЭДТА.

Еще одним способом создания наноструктур является агрегация наночастиц полиэлектролитами, связанная с взаимодействием положительных зарядов поликатиона и адсорбированных на поверхности наночастиц цитрат-ионов. Были использованы следующие полиэлектролиты: хитозан, полиэтиленимин, хлорид поли-и-винилбензилпиридина, бромид поли-4-винилбензилпиридина, хлорид полидиметилдиаллиламмония. С повышением концентрации полиэлектролита максимум поглощения прекурсора смещается в длинноволновую область (рис. 11). Во всех рассмотренных случаях были получены устойчивые растворы агрегатов с воспроизводимыми характеристиками. Кинетические закономерности образования агрегатов соответствуют обычно наблюдаемым для процессов первого порядка по концентрации наночастиц.

Наиболее высокая поверхностная концентрация изолированных наночастиц и агрегатов, получаемых в процессе иммобилизации наночастиц на обработанные полиэлектролитами поверхности, достигается при использовании

хлорида полидиметилдиаллиламмония в случае последовательных стадий взаимодействия поверхности с полиэлектролитом и прекурсором (рис. 12).

Рис. 11. Спектры поглощения раствора на- Рис. 12. Агрегаты золотых наночастиц,

ночастиц размером 10 им в отсутствие (жир- сформировавшиеся в процессе иммобили-

ная линия) и в присутствии 1.58 (пунктир) и зации наночастиц на обработанную хлори-

7.91 мг/мл хлорида полидиметилдиалли- дом полидиметилдиаллиламмония поверх-

ламмония (сплошные линии) после (сверху ность полированного кремния, вниз) 5; 10.5; 16; 21; 26.5; 32 мин выдержки.

В четвертой главе рассмотрены вопросы практического применения золотых наноструктур, среди которых особое внимание уделено спектроскопии ГКР. Идея использования наноструктур золота в спектроскопии ГКР состоит в следующем. На поверхность наночастиц иммобилизуют краситель:

На поверхности подложки создают наноструктуры. Когда наночастицы с иммобилизованным красителем связываются с такой поверхностью, в ее спектре ГКР появляются линии красителя, интенсивность которых зависит от количества связавшихся с ней наночастиц. Исследование зависимости интенсивности сигнала от условий иммобилизации красителя показало, что наиболее высокая интенсивность достигается при минимальной ионной силе раствора.

Исследование способности различных золотых наноструктур к усилению сигнала в спектре ГКР красителя показало, что автометаллография многократно увеличивает эту способность (рис. 13). При использовании заранее полученных наночастиц размером 45 нм, что близко к оптимальному размеру, наблюдается существенно меньшее усиление сигнала (рис. 13). Следовательно, основной вклад вносит приобретение наноструктурами новых квантовомеханических свойств в результате изменения их формы. Дополнительное усиление достигается при введении К1 в используемый для обработки поверхности раствор полиэлектролита (рис. 13, б), что, вероятно, влияет на конформацию полиэлектролита и, следовательно, на структуру агрегатов. Действительно, на поверхно-

сти таких образцов, прошедших автометаллографию, присутствуют агрегаты ветвистой формы, отсутствующие на поверхности остальных образцов.

10000

д 8000

45 нм автометаллография

Рис. 13. Интенсивность сигнала образцов, представляющих собой поверхность алюминия, последовательно обработанную растворами: 10.98 мг/мл хлорида полидиметилдиаллилам-мония в присутствии 20 мМ КС1 (а) или К1 (б); золотых наночастиц размером 10 нм или 45 нм; раствором полиэлектролита того же состава; золотых наночастиц размером 45 нм с иммобилизованным красителем. Правый столбец соответствует случаю, когда наночастицы размером 10 нм после иммобилизации подверглись автометаллографии.

Для исследования применимости золотых наноструктур в иммуноанализе был использован конъюгат золотых наночастиц с красителем, антителами к приону и стабилизатором (полиэтиленгликолем). На мембрану оказалось достаточным наносить 200 мкл раствора приона с концентрацией 50 нг/мл, на поверхность алюминия - 90 мкл.

Успешное определение приона в описанных случаях связано не только с усилением сигнала наночастицами, входящими в состав конъюгата, но и с формированием золотых наноструктур на олигомерах приона. Изучение кинетики олигомеризации приона методом атомно-силовой микроскопии показало, что данный процесс описывается автокаталитической схемой с константой скорости 2.15-10"6 сут-1. Период полупревращения составил 48 сут.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1) Установлено, что иммобилизация золотых наночастиц на модифицированные аминогруппами кремнийсодержащие поверхности сопровождается агрегацией, но позволяет получать поверхности с воспроизводимым распределением наночастиц по высоте. Найдено, что зависимость поверхностной концентрации наночастиц и агрегатов от продолжительности иммобилизации описывается кривой с насыщением.

2) Показано, что автометаллография с использованием пероксида водорода в качестве восстановителя не сопровождается зародышеобразованием. Найдено, что рост иммобилизованных золотых наночастиц в процессе автометаллографии протекает в кинетическом режиме. Показано, что кроме роста наночастиц происходит их растворение в результате сопропорционирования

золота, приводящее к выходу кинетических кривых на насыщение в результате установления динамического равновесия.

3) Найдено, что рост золотых наночастиц в процессе ферментативной металлографии приводит к качественному изменению их распределения по высоте. Показано, что кинетические кривые ферментативной металлографии выходят на насыщение.

4) Проведено исследование закономерностей процесса агрегации золотых наночастиц полиэлектролитами. Установлено, что агрегация золотых наночастиц под действием поликатионов позволяет воспроизводимо получать устойчивые растворы агрегатов. Найдено, что при иммобилизации золотых наночастиц на обработанные полиэлектролитами поверхности наиболее высокая поверхностная концентрация изолированных наночастиц и агрегатов достигается при использовании хлорида полидиметилдиаллиламмония. Показано, что при использовании послойного нанесения полиэлектролитов поверхностная концентрация наноструктур уменьшается.

5) Установлено, что автометаллография позволяет получить золотые наноча-стицы оптимального для ГКР размера. Получены золотые наноструктуры, обладающие способностью многократного усиления сигнала в спектре ГКР, которые также могут быть использованы для высокочувствительного спек-трофотометрического определения адсорбированных веществ.

Цитируемая литература:

1 Дыкман Л.А., Богатырев В.А., Щеголев С.Ю., Хлебцов Н.Г. Золотые на-ночастицы: синтез, свойства, биомедицинское применение. М.: Наука. 2008. 319с.

2 Климов В.В. Наноплазмоника. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2009. 480 с.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1) Пестовский, Ю.С. Исследование закономерностей роста золотых наночастиц, иммобилизованных на поверхности слюды, при восстановлении золо-тохлористоводородной кислоты пероксидом водорода / Ю.С. Пестовский, И.А. Будашов, И.Н. Курочкин // Российские нанотехнологии. - 2011. - Т. 6, №3-4. - С. 46-50.

2) Пестовский, Ю.С. Кинетика и механизмы роста золотых наночастиц в процессе автометаллографии // Известия Вузов. Химия и хим. технология. -2012. - Т. 55, Вып. 4. - С. 68-71.

3) Пестовский, Ю.С. Использование агрегации золотых наночастиц полиэлектролитами для повышения интенсивности сигнала в спектре гигантского комбинационного рассеяния // Известия Вузов. Химия и хим. технология. -2012. Т. 55, Вып. 5. - С. 122-125.

4) Пестовский, Ю.С. Исследование трансформации иммобилизованных золотых наночастиц в процессе автометаллографии методом атомно-силовой микроскопии / Ю.С. Пестовский, И.Н. Курочкин // Вестник МИТХТ - 2011 -Т. VI, №1,-С. 119.

5) Пестовский, Ю.С. Влияние поверхности образца и условий иммобилизации красителя на его спектр ГКР / Ю.С. Пестовский, И.А. Будашов // Вестник МИТХТ. - 2012. - Т. VII, №1. - С. 103-104.

6) Пестовский, Ю.С. Исследование закономерностей роста золотых наночастиц, иммобилизованных на поверхности слюды, при восстановлении тетра-хлорзолотой кислоты пероксидом водорода / Пестовский Ю.С., Будашов И.А., Курочкин И.Н. // Сборник тезисов IV международной конференции "Современные достижения бионаноскопии". - Москва, МГУ имени М.В.Ломоносова, 15-18.6.2010. - С. 55.

7) Пестовский, Ю.С. Получение золотых наночастиц для высокочувствительного иммуноанализа на основе ГКР / Пестовский Ю.С., Будашов И.А. // Сборник тезисов V международной конференции "Современные достижения бионаноскопии". - Москва, МГУ имени М.В. Ломоносова, 15-17.6.2011. -С. 35.

8) Пестовский, Ю.С. Высокочувствительное определение прионового белка с использованием спектроскопии ГКР / Пестовский Ю.С., Будашов И.А. // Материалы II международной школы "Наноматериалы и нанотехнологии в живых системах. Безопасность и наномедицина". - Московская область, 19-24.9.2011.-С. 92-93.

9) Пестовский, Ю.С. Получение конъюгата золотых наночастиц с красителем и антителами для иммуноанализа с использованием ГКР / Пестовский Ю.С., Будашов И.А. // Материалы IV Конгресса "Опухоли головы и шеи". - Байкал, 2-4.9.2011.-С. 74-75.

10)Pestovsky, Y.S. The investigation of the growth mechanism of metal nanoparti-cles by gold enhancement / Pestovsky Y.S., Budashov I.A. // Abstracts. International conference "Biocatalysis-2009: Fundamentals & Applications". Arkhangelsk, June, 24-26, 2009. - P. 63-64.

Подписано в печать 11.05.2012. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Усл.печ.л. 0,93. Уч.-изд.л. 1,03. Тираж 80 экз. Заказ 1922

ФГБОУ ВПО Ивановский государственный химико-технологический университет

Отпечатано на полиграфическом оборудовании кафедры экономики и финансов ФГБОУ ВПО «ИГХТУ» 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата химических наук, Пестовский, Юрий Сергеевич

Список сокращений.

Введение.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Методы формирования и физико-химические свойства золотых наночастиц и наноструктур.

1.1.1. Метод автометаллографии.

1.1.2. Метод ферментативной металлографии.

1.2. Практическое применение золотых наночастиц и наноструктур.

1.2.1. Спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния.

Введение диссертация по химии, на тему "Закономерности формирования и физико-химические свойства наноструктур золота, иммобилизованных на кремнийсодержащих поверхностях"

Важнейшим свойством наночастиц золота является возможность локализации и усиления оптических полей, а также наличие собственных колебаний с частотами, лежащими в оптической области [1]. Эти свойства нашли применение для высокочувствительного определения биомолекул, основанного на зависимости спектра поглощения наночастиц от их молекулярного окружения, а также на эффекте гашения флуоресценции. Известно также, что наночастицы золота способны к реализации эффекта гигантского комбинационного рассеяния (ГКР). Спектроскопия ГКР обладает очень высокой чувствительностью и в ряде случаев позволяет обнаруживать одиночные молекулы. Кроме этого, конъюгаты наночастиц с антителами могут быть также использованы для визуализации объектов в живых тканях, что открывает перспективы их дальнейшего использования для направленной фототермической терапии. Визуализация может быть достигнута как с использованием оптических свойств наночастиц, так и методом спектроскопии ГКР.

Экспериментально показано, что золотые наноструктуры, состоящие из нескольких наночастиц (агрегаты наночастиц) могут концентрировать оптические поля в нанометровые области [2]. Данное свойство агрегатов используется для дополнительного усиления сигнала в спектре ГКР. Кроме того, плазмонные колебания, не сильно локализованные в зазорах между наноча-стицами, приводят к распространению энергии по всему агрегату. Это открывает возможности использования агрегатов как нановолноводов в составе оптоэлектронных устройств.

Основным методом получения наночастиц и наноструктур золота является автометаллография, которая представляет собой увеличение металлических наночастиц в результате осаждения на их поверхность ионов металла из раствора. Так как описанные свойства наночастиц прямо зависят от их размера, задачей первостепенной важности является оптимизация режима проведения процесса с целью воспроизводимого получения наночастиц желаемой степени дисперсности. И хотя использование автометаллографии позволило достичь определенных успехов, для полного решения проблемы необходимы дальнейшие исследования кинетики и механизмов роста наночастиц. Процесс автометаллографии может быть использован и для получения агрегатов наночастиц, образование которых обычно инициируют повышением ионной силы раствора [3]. Однако в этих условиях процесс протекает невоспроизводимо и приводит к образованию нестабильных агрегатов. Поэтому необходим поиск других условий получения агрегатов, а также исследование кинетики и механизма их формирования.

Цель работы. Анализ закономерностей формирования и физико-химических свойств наночастиц и наноструктур золота, получаемых методами автометаллографии и агрегации под действием полиэлектролитов. Анализ возможности практического использования наноструктур золота для анализа биологических объектов.

Исследования проводились по следующим основным направлениям:

1) Разработка и оптимизация методики иммобилизации золотых наночастиц на твердых кремнийсодержащих поверхностях (слюда, кремний, стекло). Изучение кинетических закономерностей и механизмов автометаллографии и ферментативной металлографии.

2) Разработка и оптимизация методики воспроизводимого получения агрегатов золотых наночастиц. Изучение кинетических закономерностей и механизмов формирования наноструктурированных поверхностей за счет агрегации наночастиц полиэлектролитами в процессе иммобилизации.

3) Разработка и оптимизация методики иммобилизации красителя на поверхность золотых наночастиц. Выяснение зависимости интенсивности линии в спектре ГКР красителя от концентрации наночастиц в наносимом на поверхность образца растворе. Исследование возможности увеличения интенсивности спектральной линии красителя с использованием наноструктур золота.

Научная новизна работы. При выполнении работы были получены следующие новые данные и результаты:

1) Проведено исследование кинетики автометаллографии при восстановлении золотохлористоводородной кислоты пероксидом водорода. Показано, что процесс описывается кинетической схемой автокатализа. Выяснены условия, обеспечивающие протекание процесса в кинетическом и диффузионном режимах. Установлена линейная зависимость скорости автометаллографии в растворе от концентрации Н202. Установлена зависимость поверхностной концентрации золотых наночастиц и наноагрегатов от концентрации наночастиц в исходном растворе, используемом для электростатической иммобилизации.

2) Проведено исследование кинетики ферментативной металлографии с использованием системы глюкозооксидаза-глюкоза в качестве источника Н2О2. Показано, что, в отличие от автометаллографии, данных процесс приводит к асинхронному росту наночастиц и позволяет получать наноструктуры, одновременно содержащие наночастицы различного размера.

Апробация работы. Основные положения и выводы диссертационной работы докладывались на международной конференции «Биокатализ-2009» (Архангельск, 2009), IV международной конференции «Современные достижения бионаноскопии» (Москва, 2010), V международной конференции «Современные достижения бионаноскопии» (Москва, 2011), IV Конгрессе с международным участием «Опухоли головы и шеи» (Иркутск, 2011), II Международной школе «Наноматериалы и нанотехнологии в живых системах. Безопасность и наномедицина» (Московская область, 2011). Всего сделано 7 докладов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 7 тезисов докладов на конференциях, 3 статьи в журналах перечня ВАК.

Заключение диссертации по теме "Физическая химия"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

4) Проведено исследование закономерностей процесса агрегации золотых наночастиц полиэлектролитами. Установлено, что агрегация золотых наночастиц под действием поликатионов позволяет воспроизводимо получать устойчивые растворы агрегатов. Найдено, что при иммобилизации золотых наночастиц на обработанные полиэлектролитами поверхности наиболее высокая поверхностная концентрация изолированных наночастиц и агрегатов достигается при использовании хлорида полидиметилди-аллиламмония. Показано, что при использовании послойного нанесения полиэлектролитов поверхностная концентрация наноструктур уменьшается.

5) Установлено, что автометаллография позволяет получить золотые наноча-стицы оптимального для ГКР размера. Получены золотые наноструктуры, обладающие способностью многократного усиления сигнала в спектре ГКР, которые также могут быть использованы для высокочувствительного спектрофотометрического определения адсорбированных веществ.

Список источников диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Пестовский, Юрий Сергеевич, Иваново

1. Дыкман Л.А., Богатырев В.А., Щёголев С.Ю., Хлебцов Н.Г. Золотые нано-частицы: синтез, свойства, биомедицинское применение. М.: Наука. 2008. 319 стр.

2. Климов В.В. Наноплазмоника. // М., ФИЗМАТЛИТ, 2009. 480 с.

3. Набиев И.Р., Ефремов Р.Г., Чуманов Т.Д. Гигантское комбинационное рассеяние и его применение к изучению биологических молекул. // Успехи физических наук. 1988. Т. 154. №3. С. 459-496.

4. Wei Z., Zamborini F. P. Directly Monitoring the Growth of Gold Nanoparticle Seeds into Gold Nanorods. // Langmuir. 2004. V. 20. P. 11301-11304.

5. Jiang X., Zeng Q., Yu A. A self-seeding coreduction method for shape control of silver nanoplates. //Nanotechnology. 2006. V. 17. P. 4929-4935.

6. Hainfeld J.F., Powell R.D. Silver- and gold-based autometallography on Nano-gold. In: Gold and Silver Staining: Techniques in Molecular Morphology (G.W. Hacker and J. Gu, Edts.) Eaton Publishing, 2000.

7. Weizmann Y., Patolsky F., Popov I., Willner I. Telomerase-Generated Templates for the Growing of Metal Nanowires. // Nanoletters. 2004. V. 4. No. 5. P. 787-792.

8. Katz E., Willner I. Integrated Nanoparticle-Biomolecule Hybrid Systems: Synthesis, Properties, and Applications. // Angew. Chem. Int. Ed. 2004. V. 43. P. 6042-6108.

9. Brown K.R., Natan M.J. Hydroxylamine Seeding of Colloidal Au Nanopar-ticles in Solution and on Surfaces. // Langmuir, 1998. V. 14. P. 726-728.

10. Brown K.R., Walter D.G., and Natan M.J. Seeding of Colloidal Au Nanopar-ticle Solutions. // 2. Improved Control of Particle Size and Shape. Chem. Mater. 2000. V. 12. P. 306-313.

11. Дыкман JI.A., Богатырев B.A. Наночастицы золота: получение, функцио-нализация, использование в биохимии и иммунохимии. // Успехи химии. 2007. Т. 76. №2. С. 199-213.

12. Nangia Y., Wangoo N., Goyal N., Shekhawat G. and Raman Suri C. A novel bacterial isolate Stenotrophomonas maltophila as living factory for synthesis of gold nanoparticles. //Microbial Cell Factories. 2009. 8:39.

13. Wen L., Lin Z., Gu P., Zhou G., Yao В., Chen G., Fu J. Extracellular biosynthesis of monodispersed gold nanoparticles by a SAM capping route. // J. Nano-part. Res. 2009. V. 11. P. 279-288.

14. Mohanpuria P., Rana N.K., Yadav S.K. Biosynthesis of nanoparticles: technological concepts and future applications. // J. Nanopart. Res. 2008. V. 10. P. 507517.

15. Ahmad A., Senapati S., Khan M.I., Kumar R., Ramani R., Srinivas V. and Sa-stry M. Intracellular synthesis of gold nanoparticles by a novel alkalotolerant acti-nomycete, Rhodococcus species. //Nanotechnology. 2003. V. 14. P. 824-828.

16. Kumar S.A., Peter Y.-A. and Nadeau J.L. Facile biosynthesis, separation and conjugation of gold nanoparticles to doxorubicin. // Nanotechnology. 2008. V. 19. 495101.

17. Shamsaie A., Jonczyk M., Sturgis J., Robinson J.P., and Irudayaraj J. Intracel-lularly grown gold nanoparticles as potential surface-enhanced Raman scattering probes. // Journal of Biomedical Optics. 2007. V. 12. No. 2. P. 020502-1-0205023.

18. Kumar V. and Yadav S.K. Plant-mediated synthesis of silver and gold nanoparticles and their applications. // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2009. V. 84. P. 151157.

19. Sharma N.C., Sahi S.V., Nath S., Parsons J.G., Gardea-Torresdey J.L., and Pal T. Synthesis of plant-mediated gold nanoparticles and catalytic role of biomatrix-embedded nanomaterials. // Environ. Sci. Technol. 2007. V. 41. No. 14. P. 51375142.

20. Huang J., Li Q., Sun D., Lu Y., Su Y., Yang X., Wang H., Wang Y., Shao W.,

21. He N., Hong J. and Chen C. Biosynthesis of silver and gold nanoparticles by novelsundried Cinnamonum camphora leaf. //Nanotechnology. 2007. V. 18. 105104.

22. Fu Y., Du Y., Yang P., Li R. & Long J. Shape-controlled synthesis of highly monodisperse and small size gold nanoparticles. // Sci. China Ser. В Chem. 2007. V. 50. No. 4. P. 494-500.

23. Pavlov V., Xiao Y., and Willner I. Inhibition of the Acetycholine Esterase-Stimulated Growth of Au Nanoparticles: Nanotechnology-Based Sensing of Nerve Gases. //Nanoletters. 2005. V. 5. No. 4. P. 649-653.

24. Zayats M., Baron R., Popov I., and Willner I. Biocatalytic Growth of Au Nanoparticles: From Mechanistic Aspects to Biosensors Design. // Nanoletters. 2005. V. 5. No. 1. P. 21-25.

25. Пестовский Ю.С. Кинетика и механизмы роста золотых наночастиц в процессе автометаллографии. // Известия Вузов. Химия и хим. технология. 2012. Т. 55. Вып. 4. С. 68-71.

26. Пестовский Ю.С. Использование агрегации золотых наночастиц полиэлектролитами для повышения интенсивности сигнала в спектре гигантского комбинационного рассеяния. // Известия Вузов. Химия и хим. технология. 2012. Т. 55. Вып. 5. С. 122-125.

27. Willner I., Basnar В., Willner В. Nanoparticle-enzyme hybrid systems for na-nobiotechnology. // FEBS Journal. 2007. V. 274. P. 302-309.

28. Спирин М.Г., Бричкин С.Б., Разумов В.Ф. Синтез и стабилизация наночастиц золота в обратных мицеллах аэрозоля ОТ и Тритона Х-100. // Коллоидный журнал. 2005. Т. 67. №4. С. 534-540.

29. Спирин М.Г., Бричкин С.Б., Разумов В.Ф. Использование обратных мицелл для получения наночастиц золота ультрамалого размера. // Российские нанотехнологии. 2006. Т. 1. №1-2. С. 121-126.

30. Vanino L., Seemann L. Untersuchungen über das Gold. (I. Mittheilung). Zur quantitativen Bestimmung des Goldes und über seine Trennung von Platin und Iridium. // Chemische Berichte. 1899. B. 32. Nr. 2. S. 1968-1972.

31. Rössler L. Ein Beitrag zur Bestimmung des Goldes mittels Wasserstoffperoxyds. // Zeitschrift für Analytische Chemie. 1910. B. 49. Nr. 12. S. 739-740.

32. Бусев А.И., Иванов B.M. Аналитическая химия золота. М.: Наука. 1973. 264 стр.

33. Чечнева А.Н. Определение золота в аффинированной платине. // Труды Уральского политехи, ин-та. 1956. Т. 57. С. 178-182.

34. Сведберг Т. Образование коллоидов. Л.: Науч. хим.-техн. изд-во. 1927. 113 стр.

35. Sarma Т.К., Chowdhury D., Paul A., Chattopadhyay A. Synthesis of Au nano-particle-conductive polyaniline composite using H202 as oxidizing as well as reducing agent. // Chem. Commun. 2002. P. 1048-1049.

36. Sarma Т.К. and Chattopadhyay A. One-Pot Synthesis of Nanoparticles of Aqueous Colloidal Polyaniline and Its Au-Nanoparticle Composite from Monomer Vapour. // J. Phys. Chem. A. 2004. V. 108. No. 39. P. 7837-7842.

37. Cao G. Nanostructures & nanomaterilals: synthesis, properties & applications. // Imperial College Press, 2004.

38. Sarma Т.К. and Chattopadhyay A. Starch-Mediated Shape-Selective Synthesis of Au Nanoparticles with Tunable Longitudinal Plasmon Resonance. // Langmuir. 2004. 20. No. 9. P. 3520-3524.

39. Сао С., Park S., Sim S.J. Seedless synthesis of octahedral gold nanoparticles in condensed surfactant phase. // Journal of Colloid and Interface Science. 2008. V. 322. No. l.P. 152-157.

40. Булавченко A.H., Арымбаева A.T., Татарчук B.B. Кинетика синтеза и механизм коагуляции наночастиц золота в обратных мицеллах Triton N-42. // Журнал физической химии. 2008. Т. 82. №5. С. 920-925.

41. Kawamura G. and Nogami М. Application of a conproportionation reaction to a synthesis of shape-controlled gold nanoparticles. // Journal of Crystal Growth. 2009. V. 311. No. 19. P. 4462-4466.

42. Perez-Juste J., Liz-Marzan L.M., Carnie S., Chan D.Y.C., and Mulvaney P. Electric-Field-Directed Growth of Gold Nanorods in Aqueous Surfactant Solutions. // Adv. Funct. Mater. 2004. V. 14. No. 6. P. 571-579.

43. Паддефет P. Химия золота. M.: Мир. 1982. 258 стр.

44. Булавченко А.И., Татарчук В.В., Булавченко О.А., Арымбаева А.Т. Концентрирование золота обратными мицеллами Triton N-42. // Журнал неорганической химии. 2005. Т. 50. №5. С. 862-866.

45. Татарчук В.В., Булавченко А.И. Кинетика образования и коагуляции наночастиц золота в обратных мицеллах АОТ. // Журнал неорганической химии. 2004. Т. 49. №8. С. 1331-1337.

46. Evans M.G. and Uri N. The dissociation constant of hydrogen peroxide and the electron affinity of the H02 radical. // Trans. Faraday Soc. 1949. V. 45. P. 224-230.

47. Held A.M., Halko D.J., and Hurst J.K. Mechanisms of Chlorine Oxidation of Hydrogen Peroxide. // JACS. 1978. V. 100. No. 18. P. 5732-5740.

48. Hurst J.K., Carr P.A.G., Hovis F.E., and Richardson R.J. Hydrogen Peroxide Oxidation by Chlorine Compounds. // Reaction Dynamics and Singlet Oxygen Formation. Inorg. Chem. 1981. V. 20. P. 2435-2438.

49. Pichugina D.A., Shestakov A.F., Kuz'menko N.E. Quantum chemical study of AuC1x(H20)4.x.3"x (x=4,2) complexes. // Proceedings of SPIE. 2004. V. 5311. P. 144-147.

50. Jiang X., Zeng Q., Yu A. // A self-seeding coreduction method for shape control of silver nanoplates. Nanotechnology, 2006. V. 17. P. 4929-4935.

51. Oh J. Fabrication of silver nanoparticles by solution phase method and physical characterization of their arrays. Master's thesis, Wright State University, Ohio. 2007. 109 pp.http://etd.ohiolink.edu/view.cgi/Qh%20Jaesung.pdf7wrightll89564248

52. Татарчук B.B., Булавченко А.И., Дружинина И.А. Кинетика растворения наночастиц серебра азотной кислотой в обратных мицеллах Triton N-42. // Журнал неорганической химии. 2009. Т. 54. №10. С. 1755-1760.

53. Татарчук В.В., Булавченко А.И., Дружинина И.А. Кинетика окислительного растворения наночастиц золота в обратных мицеллах Triton N-42. // Журнал неорганической химии. 2008. Т. 53. №6. С. 1051-1056.

54. Love J.C., Estroff L.A., Kriebel J.K., Nuzzo R.G., and Whitesides G.M. Self-Assembled Monolayers of Thiolates on Metals as a Form of Nanotechnology. // Chem. Rev. 2005. V. 105. P. 1103-1169.

55. Zhavnerko G., Marietta G. Self-Organization at the Molecular Level and Surface Patterning. In: Somasundaran P. Encyclopedia of Surface and Colloid Science, Second Edition. London: CRC Press. 2008. P. 5544-5554.

56. Festag G., Steinbrück А., Csäki А., Möller R., Fritzsche W. // Single particle studies of the autocatalytic metal deposition onto surface-bound gold nanoparticles reveal a linear growth. Nanotechnology, 2007. V. 18. No. 1. 015502.

57. Rocks B.F., Bailey M.P., and Bertram V.M., US Patent No. 91/01003 (24 January 1991).

58. Csäki A., Kaplanek P., Möller R., Fritzsche W. // The optical detection of individual DNA-conjugated gold nanoparticle labels after metal enhancement. Nanotechnology, 2003. V. 14. P. 1262-1268.

59. Bieniarz C., Kernag C.A., Kosmeder J.W., Rodgers P.M., Wong J., US Patent No. 2004/0265922 Al (30 December 2004).

60. Bieniarz C., Farrell M., US Patent No. 2005/0100976 Al (12 May 2005).

61. Josephy P.D., Eling Т.Е., and Mason R.P. Co-oxidation of Benzidine by Prostaglandin Synthase and Comparison with the Action of Horseradish Peroxidase. // J. Biol. Chem. 1983. V. 258. No. 9. P. 5561-5569.

62. Bieniarz C., Kernag C.A., Kosmeder J.W., Rodgers P.M., Wong J., US Patent No. WO 2005/003777 A2 (13 January 2005).

63. Hwang S., Kim E., Kwak J. // Electrochemical Detection of DNA Hybridization Using Biometallization. Anal. Chem., 2005. V.77. No. 2. P. 579-584.

64. Hainfeld J.F., US Patent No. 2002/0142411 (3 November 2002).

65. Hainfeld J.F., US Patent No. 6,670,113 (30 December 2003).

66. Hainfeld J.F., US Patent No. 2007/0122833 (31 May 2007).

67. Hainfeld J.F. and Liu W., US Patent No. 2007/0224625 (27 September 2007).

68. Chang H.C. and Bumpus J.A. Iodide Oxidation and Iodine Reduction Mediated by Horseradish Peroxidase in the Presence of Ethylenediaminetetraacetic Acid (EDTA): the Superoxide Effect. // Proc. Natl. Sei. Counc. ROC(B). 2001. V. 25. No. 2. P. 82-89.

69. Möller R., Powell R.D., Hainfeld J.F., Fritzsche W. // Enzymatic Control of Metal Deposition as Key Step for a Low-Background Electrical Detection for DNA Chips. Nanoletters, 2005. V. 5. No. 7. P. 1475-1482.

70. Charbonneau R., Lahoud N., Mattiuse G., Berini P. Demonstration of integrated optics based on long ranging surface plasmon polaritons. // Opt. Express. 2005. V. 13. P. 977-984.

71. Bohr M.T. Interconnect scaling-the real limiter to high performance ULCI. // Tech. Dig. International Electron Devices Meeting. 1995. P. 241-244.

72. Miller D.A. Rationale and Challenges for Optical Interconnects to Electronic Chips. // Proc. IEEE. 2000. V. 88. P. 728.

73. Zia R., Selker M.D., Catrysse P.B. and Brongersma M.L. Geometries and materials for subwavelength surface plasmon modes. // J. Opt. Soc. Am. A. 2004. V. 21. 2442.

74. Weeber J.C., Lacroute Y., Dereux A., Devaux E., Ebbesen T., Girard C., Gon-salez M.U., Baudrion A.L. Near field characterization of Bragg mirrors engraved in surface plasmon waveguides. // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. 235406.

75. Loo C., Lin A., Hirsch L., Lee M.-H., Barton J., Halas N., West J., Drezek R. Nanoshell-Enabled Photonics-Based Imaging and Therapy of Cancer. // Technology in Cancer Research and Treatment. 2004. V. 3. P. 33-40.

76. Elghanian R., Storhoff J.J., Mucic R.C., Letsinger R.L., Mirkin C.A. Selective colorimetric Detection of Polynucleotides base on the distance dependent Optical properties of gold nanoparticles. // Science. 1997. V. 4. P. 1078-1081.

77. Hirsch L., Jackson J., Lee A., Halas N.J. and West J. A Whole Blood Immunoassay using Gold Nanoshells. // Anal. Chem. 2003. V. 4. P. 2377-1281.

78. Nath N. and Chilkoti A. A colorimetric gold nanoparticle sensor to Interrogate Biomolecular Interactions in Real Time on a Surface. // Anal. Chem. 2002. V. 74. P. 504-509.

79. Liu G.L., Doll J.C., Lee L.P. High-speed multispectral imaging of nanoplas-monic array. // Opt. Express. 2005. V. 13. P. 8520-8525.

80. Schultz S., Smith D.R., Mock J.J. and Schultz D.A. Single-target molecule detection with nonbleaching multicolor optical immunolabels. // Proc. Natl. Acad. Sei. USA. 2000. V. 97. P. 996-1001.

81. Chang E. et al. Protease-activated quantum dot probes. // Biochemical and Biophysical Research Communications. 2005. V. 334. P. 1317-1321.

82. Landsberg Gr. und Mandelstam L. Über die Lichtzerstreuung in Kristallen. // Zeitschrift für Physik. 1927. B. 50. Nr. 11-12. S. 769-780.

83. Landsberg G., Mandelstam L. Eine neue Erscheinung bei der Lichtzerstreuung in Krystallen. // Die Naturwissenschaften. 1928. B. 28. S. 557-558.

84. Мандельштам Л.И., Ландсберг Г.С. Новое явление при рассеянии света. // Журнал Русского физико-химического общества. 1928. Т. 60. С. 335-338.

85. Raman C.V., Krishnan K.S. A New Type of Secondary Radiation. // Nature. 1928. V. 121. P. 501-502.

86. Ландсберг Г.С. Оптика. M.: Наука. 1976. 926 стр.

87. Fleischmann М., Hendra P.J., McQuillan A.J. Raman spectra of pyridine adsorbed on a silver electrode. // Chemical Physics Letters. 1974. V. 26. No. 2. P. 163-166.

88. Albrecht M.G., Creighton J.A. Anomalously Intense Raman Spectra of Pyridine at a Silver Electrode. // JACS. 1977. V. 99. No. 15. P. 5215-5217.

89. Kharintsev S.S., Hoffmann G.G., Dorozhkin P.S., de With G. and Loos J. Atomic force and shear force based tip-enhanced Raman spectroscopy and imaging. //Nanotechnology. 2007. V. 18. 315502.

90. Романов Н.П., Шуклин B.C. Сечение комбинационного рассеяния жидкой воды. // Оптика и спектроскопия. 1975. Т. 37. Вып. 6. С. 1120-1124.

91. Zhao H., Ni Y., Jiang W., Luo P., Huang M., Yin G. & Dou X. Immunoassay utilizing biochemistry reaction product via surface-enhanced Raman scattering in near field. // Science in China Ser. В Chemistry. 2005. V. 48. No. 3. P. 240-245.

92. Wu Z.-S., Zhou G.-Z., Jiang J.-H., Shen G.-L., Yu R.-Q. Gold colloid-bienzyme conjugates for glucose detection utilizing surface-enhanced Raman scattering. // Talanta. 2006. V. 70. P. 533-539.

93. Stevenson R., Ingram A., Leung H., McMillan D.C., and Graham D. Quantitative SERRS immunoassay for the detection of human PSA. // Analyst. 2009. V. 134. P. 842-844.

94. Хлебцов Б.Н., Ханадеев B.A., Богатырев B.A., Дыкман Л.А., Хлебцов Н.Г. Использование золотых нанооболочек в твердофазном иммуноанализе. // Российские нанотехнологии. 2008. Т. 3. №7-8. С. 66-79.

95. Pham Т., Jackson J.B., Halas N.J., and Lee T.R. Preparation and Characterization of Gold Nanoshells Coated with Self-Assembled Monolayers. // Langmuir. 2002. V. 18. P. 4915-4920.

96. Jackson J.B. and Halas N.J. Surface-enhanced Raman scattering on tunable plasmonic nanoparticle substrates. // PNAS. 2004. V. 101. No. 52. P. 1793017935.

97. Hubenthal F., Blázquez Sánchez D., Borg N., Schmidt H., Kronfeldt H.-D., Träger F. Tailor-made metal nanoparticles as SERS substrates. // Appl. Phys. B. 2009. V. 95. P. 351-359.

98. Garrett N.L., Vukusic P., Ogrin F., Sirotkin E., Winlove C.P., and Moger J. Spectroscopy on the wing: Naturally inspired SERS substrates for biochemical analysis. // J. Biophoton. 2009. V. 2. Issue 3. P. 157-166.

99. Панарин А.Ю., Чирвоный B.C., Холостов К.И., Тюрпен П.-И., Терехов С.Н. Формирование ГКР-активных структур серебра на поверхности ме-зопористого кремния. // Журнал прикладной спектроскопии. 2009. Т. 76. №2. С. 298-306.

100. Lundkvist U. and Ceska М. Effect of Non-Ionic Polymers on the Formation of Immuno-Precipitates in Single Radial Immunodiffusion Techniques. // Immunology. 1972. V. 23. P. 413-422.

101. Makiabadi Т., Bouvree A., Le Nader V., Terrisse H., Louarn G. Preparation, Optimization, and Characterization of SERS Sensor Substrates Based on Two-Dimensional Structures of Gold Colloid. // Plasmonics. 2010. V. 5. P. 21-29.

102. Wood M.A. Colloidal lithography and current fabrication techniques producing in-plane nanotopography for biological applications. // J. R. Soc. Interface. 2007. V. 4. P. 1-17.

103. Fan H.J., Werner P., and Zacharias M. Semiconductor Nanowires: From Self-Organization to Patterned Growth. // Small. 2006. V. 2. No. 6. P. 700-717.

104. Hossain M.K., Kitahama Y., Huang G.G., Kaneko Т., Ozaki Y. SPR and SERS characteristics of gold nanoaggregates with different morphologies. // Appl. Phys. B. 2008. V. 93. P. 165-170.

105. Glass R., Arnold M., Bliimmel J., Kiiller A., Moller M., and Spatz J.P. Micro-Nanostructured Interfaces Fabricated by the Use of Inorganic Block Copolymer

106. Micellar Monolayers as Negative Resist for Electron-Beam Lithography. // Adv. Funct. Mater. 2003. V. 13. No. 7. P. 569-575.

107. Помогайло А.Д. Металлополимерные нанокомпозиты с контролируемой молекулярной архитектурой. // Рос. хим. ж. 2002. Т. XLVI. №5. С. 64-73.

108. Palmer R.E., Pratontep S. and Boyen H.-G. Nanoclustered surfaces form size-selected clusters. // Nature Materials. 2003. V. 2. P. 443-448.

109. Glass R., Möller M. and Spatz J.P. Block copolymer micelle nanolithography. // Nanotechnology. 2003. V. 14. P. 1153-1160.

110. Glass R., Arnold M., Cavalcanti-Adam E.A., Blümmel J., Haferkemper С., Dodd С. and Spatz J.P. Block copolymer micelle nanolithography on non-conductive substrates. //New Journal of Physics. 2004. V. 6. P. 101.

111. Wolfram Т., Beiz F., Schoen T, and Spatz J.P. Site-specific presentation of single recombinant proteins in defined nanoarrays. // Biointerphases. 2007. V. 2. No. l.P. 44-48.

112. Arnold M., Cavalcanti-Adam E.A., Glass R., Blümmel J., Eck W., Kantlehn-er M., Kessler H., and Spatz J.P. Activation of Integrin Function by Nanopatterned Adhesive Interfaces. // ChemPhysChem. 2004. V. 5. P. 383-388.

113. Cavalcanti-Adam E.A., Volberg Т., Micoulet A., Kessler H., Geiger В., and Spatz J.P. Cell Spreading and Focal Adhesion Dynamics Are Regulated by Spacing of Integrin Ligands. // Biophysical Journal. 2007. V. 92. P. 2964-2974.

114. Geiger В., Spatz J.P. and Bershadsky A.D. Environmental sensing through focal adhesions. //Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 2009. V. 10. P. 21-33.

115. Spatz J.P., Arnold M., Blümmel J., Cavalcanti-Adam A., Glass R., Ulmer J. Leben auf der Nanometerskala. // Max-Planck-Institut fur Intelligente Systeme Forschungsbericht. 2005. S. 409-415.

116. Cavalcanti-Adam E.A., Tomakidi P., Bezler M., Spatz J.P. Geometric organization of the extracellular matrix in the control of integrin-mediated adhesion and cell function in osteoblasts. // Prog. Orthod. 2005. V. 6. No. 2. P. 232-237.

117. Lohmueller Т., Bock E., and Spatz J.P. Synthesis of Quasi-Hexagonal Ordered Arrays of Metallic Nanoparticles with Tuneable Particle Size. // Adv. Mater. 2008. V. 20. P. 2297-2302.

118. Chen X., Zhao D., An Y., Zhang Y., Cheng J., Wang В., Shi L. Formation and catalytic activity of spherical composites with surfaces coated with gold nanoparticles. // Journal of Colloid and Interface Science. 2008. V. 322. No. 2. P. 414420.

119. Василюк Г.Т. Взаимосвязь оптических свойств и структуры ГКР-активных субстратов на основе пленок серебра. // Журнал прикладной спектроскопии. 2003. Т. 70. №1. С. 5-9.

120. Llorca J., Casanovas A., Domínguez М., Casanova I., Angurell I., Seco M., Rossell O. Plasma-activated core-shell gold nanoparticle films with enhanced catalytic properties. // J. Nanopart. Res. 2008. V. 10. P. 537-542.

121. Wang Y., Ni Z., Ни H., Hao Y, Wong C.P., Yu T, Thong J., and Shen Z.X. Gold on graphene as a substrate for surface enhanced Raman scattering study. // Applied Physics Letters. 2010. V. 97. 163111.

122. Олейников B.A., Первов H.B., Мчедлишвили Б.В. Трековые мембраны в темплейтном синтезе ГКР-активных наноструктур. // Мембраны. 2004. Т. 4. №24. С. 17-28.

123. Emory S.R. and Nie S. Near-Field Surface-Enhanced Raman Spectroscopy on Single Silver Nanoparticles. // Anal. Chem. 1997. 69. P. 2631-2635.

124. You H.X., Lowe C.R. AFM Studies of Protein Adsorption. // 2. Characterization of Immunoglobulin G Adsorption by Detergent Washing. Journal of Colloid and Interface Science. 1996. V. 182. P. 586-591.

125. Янке E., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функции. Формулы, графики, таблицы. М.: Наука. 1964. 344 стр.

126. Rosowsky A., Wright J.E., Shapiro Н., Beardsley P., and Lazarus H. A New Fluorescent Dihydrofolate Reductase Probe for Studies of Metotrexate Resistance. // J. Biol. Chem. 1982. V. 257. No. 23. P. 14162-14167.

127. Справочник химика. Т. I. Л., M.: Государственное научно-техническое изд-во химической литературы. 1962.

128. Бразовская Н.В., Бразовский В.Е., Троицкий B.C. Модель кристалла слюды мусковит. // Горизонты образования. 2002. Т. 4. С. 3-22.

129. Ito К. and Ibaraki Т. Alcoholysis Equilibria of Triethylalkoxysilanes Catalyzed by Iodine or Iodine Monobromide. // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1982. V. 55. P. 2973-2975.

130. Брицке Э.В., Капустинский А.Ф., Веселовский Б.К., Шамовский Л.M., Ченцова Л.Г., Анваер Б.И. Термические константы неорганических веществ. М., Л.: Изд-во АН СССР. 1949.

131. Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. М.: Химия. 1968.

132. Термические константы веществ. Под ред. В.П. Глушко. Вып. I, II. М.: ВИНИТИ. 1965, 1972.

133. Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. Спб.: Крисмас+. 2004. 248 стр.

134. Magan R.V. and Sureshkumar R., Lin B. Influence of Surface Reaction Rate on the Size Dispersion of Interfacial Nanostructures. // J. Phys. Chem. B. 2003. V. 107. No. 38. P. 10513-10520.

135. Ikuta S., Matuura K., Imamura S., Misaki H., and Horiuti Y. Oxidative pathway of choline to betaine in the soluble fraction prepared from Arthrobacter globi-formis. II J. Biochem. (Tokyo). 1977. V. 82. P. 157-163.

136. Banerjee R.K. Mechanism of Horseradish Peroxidase-catalyzed Conversion of Iodine to Iodide in the Presence of EDTA and H202. // J. Biol. Chem. 1989. V. 264. No. 16. P. 9188-9194.

137. Bhattacharyya D.K., Bandyopadhyay U., Chatterjee R., Banerjee R.K. Iodide modulation of the EDTA-induced iodine reductase activity of horseradish peroxidase by interaction at or near the EDTA-binding site. // Biochem. J. 1993. V. 289. P. 575-580.

138. McCord J.M. and Day E.D. Superoxide-dependent production of hydroxyl radical catalyzed by iron-EDTA complex. // FEBS Letters. 1978. V. 86. No. 1. P. 139-142.

139. Gutteridge J.M.C., Richmond R. and Halliwell B. Inhibition of the Iron-Catalyzed Formation of Hydroxyl Radicals from Superoxide and of Lipid Peroxidation by Desferoxamine. // Biochem. J. 1979. V. 184. P. 469-472.

140. Motekaitis R.J., Martell A.E., and Hayes D. The iron(III)-catalyzed oxidation of EDTA in aqueous solution. // Can. J. Chem. 1980. V. 58. No. 19. P. 1999-2005.

141. Gutteridge J.M.C. Superoxide dismutase inhibits the superoxide-driven Fen-ton reaction at two different levels. Implications for a wider protective role. // FEBS Letters. 1985. V. 185. No. 1. P. 19-23.

142. Rush J. and Koppenol W.H. Oxidizing Intermediates in the Reaction of Ferrous EDTA with Hydrogen Peroxide. Reactions with Organic Molecules and Ferro-cytochrome C. // J. Biol. Chem. 1986. V. 261. No. 15. P. 6730-6733.

143. Gutteridge J.M.C. Ferrous-salt-promoted damage to deoxyribose and ben-zoate. The increased effectiveness of hydroxyl-radical scavengers in the presence of EDTA. // Biochem. J. 1987. V. 243. P. 709-714.

144. Gutteridge J.M.C. and Halliwell B. The deoxyribose assay: an assay both for 'free' hydroxy 1 radical and for site-specific hydroxyl radical production. // BJ Letters. 1988. V. 253. P. 932-933.

145. Chen D., Martell A.E., and McManus D. Studies on the mechanism of chelate degradation in iron-based, liquid redox H2S removal processes. // Can. J. Chem. 1995. V. 73. P. 264-274.

146. Rule K.L. and Vikesland P.J. Surface-Enhanced Resonance Raman Spectroscopy for the Rapid Detection of Cryptosporidium parvum and Giardia lamblia. // Environ. Sci. Technol. 2009. V. 43. P. 1147-1152.1. V

147. Temur E., Boyaci I.H., Tamer U., Unsal H., Aydogan N. A highly sensitive detection platform based on surface-enhanced Raman scattering for Escherichia coli enumeration. // Anal. Bioanal. Chem. 2010. V. 397. P. 1595-1604.1. V V

148. Tamer U., Boyaci I.H., Temur E., Zengin A., Dincer I., Elerman Y. Fabrication of magnetic gold nanorod particles for immunomagnetic separation and SERS application. // J. Nanopart. Res. 2011. V. 13. No. 8. P. 3167-3176.