Исследование наностержней коллоидного золота в жидких дисперсиях методами, основанными на рассеянии света

Проведены исследования пяти образцов жидких дисперсий наностержней коллоидного золота с различными аспектными отношениями методами, основанными на рассеянии света. В качестве эталонного применялся метод просвечивающей электронной микроскопии. Показаны преимущества и недостатки применения методов динамического рассеяния света и анализа траекторий наночастиц при определении геометрических параметров наночастиц, их концентрации, степени монодисперсности образцов, а также при обнаружении крупных агрегатов частиц и квазисферических примесей. Показано, что для определения геометрических параметров жидких дисперсий наностержней коллоидного золота может применяться метод деполяризованного динамического рассеяния света. При этом на результаты измерений в значительной степени влияет наличие крупных примесей либо агрегатов частиц в образце. Наличие крупных частиц в дисперсии, в свою очередь, может быть определено при помощи методов динамического рассеяния света или анализа траекторий наночастиц. Причем метод динамического рассеяния света более чувствителен к наличию в образце даже небольшого количества крупных примесей либо агрегатов. Степень монодисперсности жидкой дисперсии наностержней также может быть оценена методами динамического рассеяния света и анализа траекторий наночастиц, причем, в сравнении с электронной микроскопией, результаты измерений можно считать в большей степени статистически достоверными, за счет анализа большего количества частиц. Установлено, что с увеличением концентрации сферических частиц в составной дисперсии наносфер и наностержней коллоидного золота, вклад вращательной моды в общую интенсивность рассеяния уменьшается. Представлены результаты измерения концентрации квазисферических примесей в образцах жидких дисперсий наностержней коллоидного золота на основе измерения степени деполяризации рассеянного света.

1. Huang X., Neretina S., El-Sayed M. Gold nanorods: from synthesis and propertiesto biological and biomedical applications // Adv. Mater. 2009. V. 21, Iss. 48. P. 4880—4910. DOI: 10.1002/adma.200802789

2. Хлебцов Н. Г. Оптика и биофотоника наночастиц с плазмонным резонансом // Квантовая электроника. 2008. Т. 38, № 6. С. 504—529.

3. Lee K. C. J., Chen Y.-H., Lin H.-Y., Cheng C.-C., Chen P.-Y., Wu T.-Y., Shih M.-H., Wei K.-H., Li L.-J., Chang C.-W. Plasmonic gold nanorods coverage influence on enhancement of the photoluminescence of two-dimensional MoS2 monolayer // Sci. Rep. 2015. V. 5. Art. No. 16374. DOI: 10.1038/srep16374

4. Liang Z., Sun J., Jiang Y., Jiang L., Chen X. Plasmonic enhanced optoelectronic devices // Plasmonics. 2014. V. 9. P. 859—866. DOI: 10.1007/s11468-014-9682-7

5. Reiser B., González-García L., Kanelidis I., Maurera J. H. M., Kraus T. Gold nanorods with conjugated polymer ligands: sintering-free conductive inks for printed electronics // Chem. Sci. 2016. Iss. 7. P. 4190—4196. DOI: 10.1039/c6sc00142d

6. Wu B., Liu D., Mubeen S., Chuong T. T., Moskovits M., Stucky G. D. Anisotropic growth of TiO2 onto gold nanorods for plasmon-enhanced hydrogen production from water reduction // J. Am. Chem. Soc. 2016. V. 138, Iss. 4. P. 1114—1117. DOI: 10.1021/jacs.5b11341

7. Shen G., Chen D. One-dimensional nanostructures for electronic and optoelectronic devices // Front. Optoelectron. China. 2010. V. 3, Iss. 2. P. 125—138. DOI: 10.1007/s12200-010-0001-4

8. Mahmoud A. Y., Zhang J., Ma D., Izquierdo R., Truong V.-V. Optically-enhanced performance of polymer solar cells with low concentration of gold nanorods in the anodic buffer layer // Organic Electron. 2012. V. 13, Iss. 12. P. 3102—3107. DOI: 10.1016/j.orgel.2012.09.015

9. Liu C., Zhao C., Zhang X., Guo W., Liu K., Ruan S. Unique gold nanorods embedded active layer enabling strong plasmonic effect to improve the performance of polymer photovoltaic devices // J. Phys. Chem. C. 2016. V. 120, Iss. 11. P. 6198—6205. DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b00459

10. Chon J. W. M., Bullen C., Zijlstra P., Gu M. Spectral encoding on gold nanorods doped in a silica sol-gel matrix and its application to high-density optical data storage // Adv. Funct. Mater. 2007. V. 17, Iss. 6. P. 875—880. DOI: 10.1002/adfm.200600565

11. Zijlstra P., Chon J., Gu M. Five-dimensional optical recording mediated by surface plasmons in gold nanorods // Nature. 2009. V. 459. P. 410—413. DOI: 10.1038/nature08053

12. Du Y., Jiang Q., Beziere N., Song L., Zhang Q., Peng D., Chi C., Yang X., Guo H., Diot G., Ntziachristos V., Ding B., Tian J. DNA-nanostructure—gold-nanorod hybridsfor enhanced in vivo optoacoustic imaging and photothermal therapy // Adv. Mater. 2016. V. 28, Iss. 45. P. 10000—10007. DOI: 10.1002/adma.201601710

13. Li Z., Huang H., Tang S., Li Y., Yu X.-F., Wang H., Li P., Sun Z., Zhang H., Liu C., Chu P. K. Small gold nanorods laden macrophagesfor enhanced tumor coverage in photothermal therapy // Biomaterials. 2016. V. 74. P. 144—154. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2015.09.038

14. Jain P. K., Lee K. S., El-Sayed I. H., El-Sayed M. A. Calculated absorption and scattering properties of gold nanoparticles of different size, shape, and composition: applications in biological imaging and biomedicine // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110, Iss. 14. P. 7238—7248. DOI: 10.1021/jp057170o

15. Davis M., Chen Z., Shin D. Nanoparticle therapeutics: an emerging treatment modality for cancer // Nature Rev. Drug Discovery. 2008. V. 7, Iss. 9. P. 771—782. DOI: 10.1038/nrd2614

16. Mackey M., Ali M., Austin L., Near R., El-Sayed M. The most effective gold nanorod size for plasmonic photothermal therapy: theory and in vitro experiments // J. Phys. Chem. B. 2014. V. 118, Iss. 5. P. 1319—1326. DOI: 10.1021/jp409298f

17. Буров А. М., Ханадеев В. А., Хлебцов Б. Н., Хлебцов Н. Г. Настройка плазмонного резонанса золотых наностержней методом контролируемого травления // Коллоидный журнал. 2015. Т. 77, № 5. С. 659—668.

18. Xu R. Light scattering: A review of particle characterization applications // Particuology. 2014. V. 18. P. 11—21. DOI: 10.1016/j.partic.2014.05.002

19. Lehner D., Lindner H., Glatter O. Determination of the translational and rotational diffusion coefficients of rod-like particles using depolarized dynamic light scattering // Langmuir. 2000. V. 16, Iss. 4. P. 1689—1695. DOI: 10.1021/la9910273

20. Tirado M., Martínez C., de la Torre J. G. Comparison of theories for the translational and rotational diffusion coefficients of rod-like macromolecules. Application to short DNA fragments // J. Chem. Phys. 1984. V. 81, Iss. 4. P. 2047—2052. DOI:10.1063/1.447827

21. Терещенко С., Бурнаевский И., Долгушин С., Шалаев П. Определение состава жидких полидисперсий цилиндроподобных микроорганизмов по степени деполяризации лазерного излучения // Медицинская техника. 2016. № 6. С. 17—21.