Controleren van Goudnanodeeltjegrootte via Oplosmiddelpolariteit in Chemische Reductiesynthese

Samenvatting

In chemische synthesemethodes worden ingewikkelde en strikte protocollen gevolgd om de grootte van goudnanodeeltjes (GNPs) af te stellen. In deze studie behandelen we de polariteit van oplosmiddelen als instrument om de grootte van GNPs in de chemische reductiemethode aan te passen. Het effect van varierende polariteitsindex van het reactiemedium op de synthese van goudnanodeeltjes via de chemische reductiemethode is onderzocht. Ethanol als polair oplosmiddel, ethanol-water mengsel als reactiemedium, L-ascorbijnzuur als reducerend middel en polyvinylpyrrolidon (PVP) als stabilisator werden gebruikt om GNPs te synthetiseren. De polariteitsindex van het reactiemedium werd aangepast door de volumeverhouding van ethanol tot water te veranderen. UV-Vis, dynamische lichtverstrooiing (DLS) en transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) karakterisaties onthullen dat de groei van nanodeeltjes geleidelijk toenem (~ 22 tot 219 nm hydrodynamische diameter) met afnemende waarde van de polariteitsindex van het reactiemedium (~ 8,2 tot 5,2). Verder produceerde een hoge polariteitsindex van het reactiemedium kleinere en spherische nanodeeltjes, terwijl een lagere polariteitsindex leidde tot grotere GNPs met verschillende vormen. Deze resultaten impliceren dat het mechanisme van de groei, assemblage en aggregatie van liganden of stabilisator-gecapte GNPs sterk afhangt van de polariteit van oplosmiddelmoleculen. Met de voorgestelde methodologie kan een brede groottebereik van GNPs met verschillende morfologieën worden gesynthetiseerd door simpelweg het volumepercentage van het organische oplosmiddel in het reactiemedium te moduleren.

Inleiding

Goudnanodeeltjes (GNPs) worden erkend als potentiële kandidaten in veel gebieden van wetenschappelijke en technische toepassingen, waaronder medische therapie, drug delivery, chemische sensoren, katalyse en elektronische toepassingen, vanwege de grootte- en vorm-afhankelijke oppervlakteplasmonresonantie (SPR), affiniteit met organische soorten en hoge elektrische geleiding van GNPs. Gezien de exponentieel toenemende vraag naar GNPs, wordt veel meer aandacht besteed aan de synthese van monodisperse nanodeeltjes met controleerbare grootte en morfologie. Verschillende ontwerpprincipes zijn voorgesteld om de eigenschappen van GNPs te controleren door het incorporeren van verschillende reactanten, stabiliserende agenten of liganden, reactiecondities zoals temperatuur, pH en concentratie, en het dispersiemedium (zoals verschillende typen oplosmiddelen).

In de chemische synthese van GNPs is de Turkevich-methode een veelbelovende methode vergeleken met andere. In de Turkevich-methode worden Au³⁺-ionen gereduceerd door een mild reducerend middel zoals citraat, ascorbijnzuur en tanninezuur in een waterig medium. In dit proces worden relatief kleine en bio-compatibele GNPs geproduceerd. Het belangrijkste nadeel van deze methode is echter het hoogst controleerbare procesprotocol (temperatuur, concentratie en pH) dat strikt gevolgd moet worden om monodisperse deeltjes met gewenste grootten te produceren. Bovendien is in een zuiver waterig medium het labelen van GNPs door organische medicijnmoleculen en oppervlaktemodificatie met verschillende liganden moeilijk door de slechte oplosbaarheid en hydrophobiciteit van de organische component in water. Daarom wordt aandacht besteed aan het overwinnen van deze beperkingen van de Turkevich-methode door het reactiemedium te optimaliseren, wat de eigenschappen van het oplosmiddel significant controleert.

Het oplosmiddel speelt een belangrijke rol in de groei en assemblage van nanodeeltjes in het colloïdale syntheseproces. De interactie tussen het nanodeeltjesoppervlak en oplosmiddelmoleculen of de interactie tussen oplosmiddelmoleculen en ligandmoleculen beïnvloedt de uiteindelijke deeltjesgrootte en morfologie aanzienlijk. Over het algemeen, in afwezigheid van passieve liganden of cappende agenten, wordt de sterkte van de elektrische dubbellaag die de deeltjesgroei controleert, gedomineerd door de aard van de oplosmiddelmoleculen. In een medium met hoge polariteitsindex worden grote hoeveveladen ionen geadsorbeerd door het nanodeeltjesoppervlak, waardoor een sterke elektrische dubbellaag ontstaat rond de colloïdale deeltjes. Als gevolg hiervan neemt de zetapotentiaal van het deeltje toe, en worden de deeltjes tegen aggregatie beschermd door elkaars afstoting. Echter, het oppervlaktelading rond de nanodeeltjes kan worden gemanipuleerd door de oplosmiddelpolariteit, en de interactie tussen de deeltjes wordt gecontroleerd vóór optimalisatie van grootte en vorm. Song et al. produceerden bijvoorbeeld 1-6 nm thiol-gecapte GNPs in verschillende polariteiten van organisch oplosmiddel. Hoewel enkele studies voorgesteld hebben voor het optimaliseren van de grootte van GNPs in verschillende polariteiten van oplosmiddel, ligt de grootte van de uiteindelijke deeltjes tussen een klein bereik (minder dan 20 nm), wat de grote toepassingen van GNPs zoals voor therapeutische doeleinden en drug delivery niet volledig kan voldoen.

Aan de andere kant, in aanwezigheid van liganden in het reactiemedium, beïnvloeden interacties tussen oplosmiddelmoleculen en liganden de groei en assemblage van nanodeeltjes aanzienlijk. Vergelijkbare studies tonen aan dat niet-waterige media organische ligandmoleculen in de colloïdale oplossing solvateren en nanodeeltjes in grote mate beschermen tegen verdere groei en aggregatie. Echter, onder bepaalde omstandigheden zoals bij hogere concentratie, hoger molecuulgewicht en hoge lengte van liganden, kan aggregatie of hoge groei in colloïdale nanodeeltjes optreden. Met name de verschillende zwel- en utrekpercentages van ligandmoleculen in verschillende polariteiten van oplosmiddelen kunnen de nanodeeltjesgroei en assemblage in colloïdale synthese eenvoudig activeren. Dit negatieve effect kan echter omgezet worden in een instrument om nanodeeltjes met controleerbare grootte te laten groeien. Meer dan de directe betrokkenheid van het oplosmiddel in de nanodeeltjesgroei, kan het concept van het sturen van de eigenschappen van liganden met behulp van het oplosmiddel toelaten om GNPs met een breed bereik aan grootteschaal te synthetiseren.

Rekening houdend met de bovengenoemde voorstellen, stelt deze studie een methode voor om de grootte en morfologie van GNPs te optimaliseren door de ligand of stabilisator en de oppervlakteladingen te controleren met behulp van de polariteitsindex van het reactiemedium als instrument. In deze studie werden GNPs gesynthetiseerd via de chemische reductiemethode met L-ascorbijnzuur als reducerend middel en PVP als stabiliserend middel. In vergelijking met watermoleculen is de polariteitsindex van ethanol (het geselecteerde polaire organische oplosmiddel in deze studie) lager. Daarom werd de polariteitsindex van het reactiemedium gemanipuleerd door ethanol in verschillende volumeverhoudingen aan water toe te voegen. In tegenstelling tot de conventionele Turkevich-methode, verwachten we GNPs met een breed bereik van gewenste groottes te synthetiseren met deze voorgestelde techniek in een enkele stap met het minimum aan protocol.

Methodes

Materialen

HAuCl₄·3H₂O (≥ 99% trace metal basis), kristallijn L-ascorbijnzuur, polyvinylpyrrolidon (PVP) K60 en natriumhydroxide (NaOH) pellets werden gekocht van Sigma-Aldrich (Missouri, VS). Ethanol (99,90% assay) werd verkregen van J-Kollin Chemicals (UK), en dubbel gedistilleerd water (ddH₂O) werd verkregen uit het laboratorium (Faculteit Chemische Techniek, UiTM, Maleisië).

Bereiding van Goudnanodeeltjes (GNPs)

Colloïdale GNPs werden bereid met een door ascorbijnzuur geïncorgeerde gewijzigde Turkevich-benadering. In deze methode werd L-ascorbijnzuur gebruikt als reducerend middel terwijl polyvinylpyrrolidon (PVP) als stabilisator diende. De reducerende middelenoplossing werd bereid door L-ascorbijnzuur op te lossen in absolute ethanol of 20%, 50% en 80% volumeverhoudingen van ethanol-water binaire oplosmiddelmengsel. Het totale volume water dat aan het ethanol-water binaire oplosmiddelmengsel werd toegevoegd, werd bepaald volgens Vergelijking (1). Daarnaast werd PVP direct opgelost in het L-ascorbijnzuur/ethanol-water oplosmiddelmengsel tot een eindconcentratie van 1% (w/v) onder lage decibel sonicatie. Ten slotte werd de pH van de reducerende middelenoplossing aangepast van de initiële waarde naar 10,5 door 2 M NaOH druppelgewijs toe te voegen.

De GNP-vormende reactiemengsel werd bereid door 5 mM HAuCl₄ waterige oplossing snel te injecteren in de reducerende middelenoplossing. Het totale volume van het reactiemengsel werd gehandhaafd op 20 ml van HAuCl₄ en L-ascorbijnzuur oplossingen. De initiële concentratie van HAuCl₄ en L-ascorbijnzuur in het uiteindelijke reactiemengsel werd ingesteld op respectievelijk 0,15 mM en 1,5 mM met een molaire verhouding van HAuCl₄ tot L-ascorbijnzuur van 1:10. Het reactiemengsel werd vigor roerend met 800 rpm gedurende 30 min bij kamertemperatuur, en het resulterende GNP-colloïde werd gefilterd met Whatman laboratoriumfilterpapier vóór opslag bij 4 °C om een continue reactie te voorkomen.

Karakterisering en Instrumentatie

UV-Vis Karakterisering

UV-zichtbare extinctiespectra van elk GNPs-monster werden gemeten bij kamertemperatuur (25 °C) met een Agilent Cary 60 UV-Vis Spectrofotometer. De maximale oppervlakteplasmonresonantie (SPR) golflengte van de resulterende GNPs werd bepaald uit de verkregen UV-Vis data om de deeltjesgrootte te vergelijken.

Deeltjesgrootteverdeling en Zetapotentiaal

Gemiddelde deeltjesgrootte, grootteverdeling, poly-dispersiteitsindex (PDI) en zetapotentiaal van GNPs werden gemeten met een Malvern Zetasizer nanoZS instrument. De PDI-waarde werd berekend uit intensiteit deeltjesgrootteverdeling (PSD) grafieken van dynamische lichtverstrooiing (DLS) metingen met Vergelijking (2).

Polariteitsindex Analyse van Gemengd Oplosmiddel

De polariteit van het reactiemedium werd geoptimaliseerd door verschillende volumeverhoudingen van water en organisch oplosmiddel te mengen. Verder kan de netto polariteitsindex van het resulterende organisch oplosmiddel-water mengsel, P′, worden gegeven door Vergelijking (3), waar p'i de polariteitsindex van oplosmiddel i is, en ∅i de volumefractie van oplosmiddel i in de mengsel. De polariteitsindex van gedistilleerd water en absolute ethanol waren respectievelijk 9,0 en 5,2.

Transmissie-Elektronenmicroscopie (TEM) en Deeltjesgrootteverdeling

GNP-monsters werden gesonicieerd vóór TEM-metingen. Druppels van de gesonicieerde suspensies/colloïden werden op 200 mesh Formvar koperen rooster gedruppeld. Het rooster werd in een "single tilt" monsterhouder geplaatst en vervolgens in een 200-kV FEI, Tecnai G2 20 Twin Transmissie-Elektronenmicroscoop voor imaging. Daarnaast werd kwantitatieve analyse van deeltjesgrootte en grootteverdeling van TEM-afbeeldingen uitgevoerd met ImageJ beeldverwerkingssoftware.

Resultaten en Discussie

Figuur 1 toont de UV-Vis spectra van gesynthetiseerde colloïdale GNPs in verschillende volumeverhoudingen van ethanol-water oplosmiddelmengsel. Typisch is de maximale SPR-absorptiegolflengte (λm) van GNPs grootte- en vormafhankelijk. Zoals getoond in Fig. 1, verschuift de maximale λm van de gesynthetiseerde colloïdale GNP naar rechts, wat impliceert dat de grootte van de gesynthetiseerde GNPs toeneemt met een toenemende volumeverhouding van ethanol in water. De maximale λm van de colloïdale GNPs gesynthetiseerd in reactiemengsels met ethanol met 20% en 50% volumeprecentage verschijnt in het kortere gebied van absorptiegolflengtes (514 nm en 520 nm), wat impliceert dat kleine GNPs werden geproduceerd in een laag volumepercentage ethanol. Daarnaast verschoven de maximale λm van GNPs gesynthetiseerd in ethanol-water met 80% volumeprecentage of absolute ethanol naar hogere golflengtegebieden bij 575 nm en 516 nm respectievelijk. Deze verschuivingen wijzen op de vorming van grotere grootte en brede trend van de grafieken die oneffenmatige vormen van GNPs impliceren.

De gesynthetiseerde GNPs in verschillende volumeprecentages van ethanol-water mengsels met verschillende polariteitsindexen werden gekwantificeerd met DLS, en de verkregen grootteverdeling van GNPs zijn getoond in Fig. 2. Daarnaast worden de gemiddelde deeltjesgrootte, PDI-waarden van GNPs en polariteitsindexen van ethanol-water mengsels van geproduceerde GNPs samengevat in Tabel 1. Figuur 2 toont dat de DLS grootteverdeling toeneemt met toenemend volumeprecentage ethanol. De gemiddelde hydrodynamische diameters van GNPs in oplosmiddelmengsels met absolute ethanol, 80%, 50% en 20% ethanol-water volumeprecentage, waren respectievelijk 154 ± 56,7, 219 ± 84,9, 28 ± 10,5 en 22 ± 4,6 nm (zie Tabel 1). Deze DLS-resultaten zijn vergelijkbaar met de UV-Vis-bevindingen van deze studie waarin kleine deeltjes werden geproduceerd in hoge polariteitsindex van ethanol-water mengsel en vice versa.

De berekende polariteitsindexwaarden van verschillende volumeprecentages van ethanol-water oplosmiddelmengsels zijn gegeven in Tabel 1. De polariteitsindex van het binaire oplosmiddelmengsel neemt af met een toenemend volumeprecentage ethanol (organisch oplosmiddel) in het oplosmiddelmengsel. Hierin onthullen UV-Vis en DLS resultaten van deze studie dat de kleinere grootte van GNPs werd geproduceerd in hoge polariteitsindex van reactiemedium, terwijl grotere grootte van GNPs werd geproduceerd in lage polariteitsindex van reactiemedium. Het is goed bestudeerd dat zowel oplosmiddel als liganden een belangrijke rol spelen in het controleren van de nanodeeltjesgroei en assemblage in het colloïdale nanodeeltjes syntheseproces. Tijdens nanodeeltjesformatie controleren en vertragen oplosmiddelmoleculen en ligandmoleculen de deeltjesgroei door het blokkeren van oppervlaktebindingsplaatsen. Echter, onder bepaalde condities zoals verschillende polariteit van oplosmiddelmengsel, kunnen oplosmiddelmoleculen en ligandmoleculen ook de groei en assemblage van nanodeeltjes in colloïdale oplossingen activeren. In overeenstemming met deze stelling tonen UV-Vis en DLS resultaten aan dat de groei en assemblage van PVP-gecapte GNPs toenem met toenemend volumeprecentage ethanol in binaire oplosmiddelmengsel. Om deze bevindingen te valideren, kan het corresponderende mechanisme voor de groei van PVP-gecapte GNPs in ethanol-water binaire oplosmiddelmengsel in twee stadia worden geïnterpreteerd (zoals getoond in Fig. 3): oplosmiddel-gecauseerde groei en ligand-geïnduceerde groei.

In het eerste stadium, na nucleatie van monomeren, werd de groei van GNPs bepaald door de oplosmiddelmoleculen. In colloïdale oplossing distribueren hoge polaire oplosmiddelmoleculen hoge oppervlaktelading op het nanodeeltjesoppervlak en bouwen een sterke elektrische dubbellaag die deeltjes voorkomt van verdere groei, terwijl lage polariteitsindex oplosmiddelmoleculen een zwakke elektrische dubbellaag rond de deeltjes vormen wat resulteert in hogere groei of aggregatie. De correlatie tussen de oppervlaktelading en polariteitsindex van reactie kan worden verklaard met de vergelijking van Poisson.

Volgens deze vergelijking is de lading dichtheid op het nanodeeltjesoppervlak (ρ) evenredig aan de dielektrische constante (ε₀) van de omgeving, wat wordt bepaald door de polariteitsindex van het medium. In deze studie kunnen de polariteitsindexwaarden van de corresponderende oplosmiddelen worden geordend als water > ethanol. Daarom kan een gedispergeerd medium met een hoger volumeprecentage water een hogere oppervlaktelading aan het GNP-oppervlak bieden door hoge polariteit. Bovendien fungeert ascorbijnzuur als reducerend middel om elektronen te doneren aan het metaalzout om een goudnanodeeltje te vormen. Ascorbijnzuur heeft een hogere oplosbaarheid in zuiver water dan in absolute ethanol, waardoor meer waterstofbrugvorming met watermoleculen ontstaat. Ook kan de hogere oplosbaarheid meer vrije elektronenoverdracht bevorderen voor snelle nucleatie van Au⁰ monomeren die leidt tot trage groei van GNPs. Vanwege deze feiten was de groeisnelheid van GNPs omgekeerd evenredig aan de polariteitsindexwaarde van ethanol-water oplosmiddelmengsel.

In het tweede stadium werd verondersteld dat de groei en assemblage van GNPs voornamelijk werden bepaald door ligandmoleculen (PVP) (zie Fig. 3b). In aanwezigheid van ligandmoleculen in de colloïdale oplossing, worden de liganden geadsorbeerd of covalente gebonden aan het nanodeeltjesoppervlak en voorkomen ze verdere groei en assemblage van nanodeeltjes door de interfaciale energie tussen het deeltjesoppervlak en oplosmiddel te controleren of door afstotende krachten te creëren tussen soortgelijke ligand-gecoate deeltjes. Echter, geadsorbeerde ligandmoleculen met hoge concentratie, lange polymere ketel of hoog molecuulgewicht vormen staart, trein en lus in de colloïdale oplossing. Zoals afgebeeld in Fig. 3b, bruggen deze uitstekende starten, treinen en lussen van de ligandketens de nanodeeltjes en induceren ze flocculatie in colloïden. Deze brugflocculatie in nanodeeltjes kan de secundaire zaad-gemiddelde groei in nanodeeltjes bevorderen, waardoor deeltjes eenvoudig kunnen groeien. In deze studie werd 1% (w/v) PVP gebruikt om de GNPs in colloïdale oplossing te stabiliseren. PVP is een amfifiel molecuul dat een hydrofiel hoofd (bestaande uit C=O en N soorten) en een sterk hydrophobe koolwaterstofachtergrondketel heeft. In polair organisch oplosmiddel hebben organische moleculen een grote affiniteit met zowel de carboxylgroep als de koolwaterstofachtergrondketel van PVP zoals afgebeeld in Fig. 4a. Echter, puur in een waterig medium kunnen watermoleculen alleen binden met het carboxylhoofd van PVP via waterstofbrug, en hydrophobe starten blijven onafhankelijk in de suspensie zoals afgebeeld in Fig. 4b. Dus, PVP-moleculen worden gesolvateerd en gezwollen in een organisch oplosmiddel in hogere mate dan in een zuiver waterig medium. Als bewijs onderzochten Guettari et al. het gedrag van PVP-polymer in verschillende volumeprecentages van ethanol-water oplosmiddelmengsel. Experimentele resultaten met effectieve oplosmiddel-interactie met polymer (ESIP) modellering van dit werk bevestigen dat de hydrodynamische straal en polymer-polymer interactie van PVP-moleculen toenemen met toenemende molfractie van ethanol. Deze toenemende globulaire grootte van de PVP-moleculen in hoger volumeprecentage ethanol versterkt de brugvorming van GNPs wat resulteert in hoge groei of assemblage. Daarom werd geconcludeerd dat sterk uitgebreide 1% (w/v) PVP-ketens de deeltjes flocculeren en verschillende vormen van assemblage of aggregatie van GNPs vormen wat leidt tot hoge groei in een hoge volumeverhouding van ethanol.

Verder werd de invloed van ligandmoleculen op nanodeeltjesgroei en assemblage in varierende polariteitsindex van ethanol-water oplosmiddelmengsel geanalyseerd door het zetapotentiaal van de resulterende GNPs. De zetapotentiaalwaarden van GNPs die gesynthetiseerd werden in verschillende volumeverhoudingen van ethanol tot water zijn getoond in Fig. 5. De verkregen resultaten tonen aan dat de zetapotentiaalwaarden van PVP-gestabiliseerde GNPs afnemen met toenemend volumeprecentage ethanol. Over het algemeen verplaatst het polymer het glijvlak van de elektrische dubbellaag van de deeltjes wat de zetapotentiaalwaarde kan veranderen. De veranderingen in de waarde van het zetapotentiaal hangen af van de interfaciale oppervlaktelading en de hoeveelheid geadsorbeerd polymer. Vergelijkbare studies vonden dat de zetapotentiaalwaarde van volledig PVP-gecapte GNPs ongeveer -6 mV is. Daarnaast kan deze negatieve zetapotentiaalwaarde toenemen met afnemende adsorptiehoeveelheid PVP op GNP-oppervlak. Daarom geeft de verkregen laagste waarde van zetapotentiaal (-5,53 mV) in absolute ethanol aan dat de gesynthetiseerde GNPs volledig omringd waren door PVP-moleculen. Aan de andere kant, zetapotentiaalwaarden namen af met toenemende volumeverhouding van ethanol, wat impliceert dat PVP in hoge mate adsorbeerde in een hoge volumeverhouding van organisch oplosmiddel (ethanol).

TEM-afbeeldingen van de gesynthetiseerde GNPs in verschillende polariteitsindexen van ethanol-water oplosmiddelmengsels zijn getoond in Fig. 6. Figuur 6 (a) en (b) tonen aan dat 9,7 nm en 13,9 nm bijna spherische nanodeeltjes werden geproduceerd in respectievelijk 20% en 50% volumeprecentage ethanol-water oplosmiddelmengsel. Aan de andere kant toont Fig. 6 (c) de typische afbeeldingen van GNPs in 80% volumeprecentage ethanol-water mengsel. TEM-afbeeldingen onthullen dat oneffenmatige vorm en grotere grootte (ongeveer 53,1 nm) van GNPs werden gevormd in 80% volumeprecentage ethanol oplossing, en deze deeltjes waren geaggregeerd in de colloïdale oplossing. Op dezelfde manier werd 37,2 nm gemiddelde diameter van relatief grotere en oneffenmatige vorm van GNPs geproduceerd in absolute ethanol. Deze resultaten voldoen aan de eerdere UV-Vis en DLS resultaten van deze studie, waarin de grotere grootte van deeltjes werd gevormd door de lage waarde van de polariteitsindex van reactiemedium die de groei van deeltjes en assemblage veroorzaakte door de sterk uitgebreide PVP-polymerketel in lage polariteitsindex van ethanol-oplosmiddelmengsel.

Het is de moeite waard te melden dat de grootte van GNPs in 80% volumeprecentage ethanol-water groter is dan de grootte van GNPs in absolute ethanol.

Figuren 7 (a) en (d) vergelijken de TEM-afbeeldingen van GNPs in 80% volumeverhouding ethanol-water en absolute ethanol respectievelijk. De GNPs waren geaggregeerd als clusters (Fig. 7a-c) en lineair uitgelijnd (Fig. 7a en b) in 80% volumeverhouding ethanol, terwijl GNPs in absolute ethanol als discrete deeltjes met minder aggregatie bleven (Fig. 7d). We veronderstelden dat de samenstelling van 80% ethanol-water de oppervlakte-energie van GNP primaire deeltjes snel verhoogde door de asymmetrische interactie van water- en ethanolmoleculen met PVP-polymerketel en nanodeeltjesoppervlakken. Daarom aggregeerden deeltjes door georiënteerde-hechtingsmechanisme om grotere nanoclusters te vormen om deze oppervlakte-energie te minimaliseren. Verder werd de lineaire uitlijning van GNPs in 80% ethanol-water toegeschreven aan de dipol-dipol interactie van de deeltjes wat resulteerde uit de asymmetrische interactie van water- en ethanolmoleculen met PVP-polymerketel. Daarnaast werd waargenomen dat de gemiddelde hydrodynamische diameter van GNPs verkregen met DLS hoger was dan de grootte berekend uit TEM-afbeeldingen. In deze studie werden GNPs gesynthetiseerd in overmaat aan PVP-polymeroplossing. Daarom meet de DLS-techniek niet alleen de diameter van de deeltjes maar ook de cappende polymerlaag met uitgebreide polymerstaart, trein en lus. Bovendien kan DLS de grootte van flocculaten meten in plaats van individuele deeltjes (bijv. 80% ethanol-water GNPs monster). Gevolgd was de gemiddelde grootte van GNPs gemeten met DLS hoger dan met TEM.

Conclusie

In deze studie is de synthese van grootte-selectieve GNPs met behulp van polariteit van organisch oplosmiddel als variabele besproken. De invloed van oplosmiddelpolariteit op GNP-groei is onderzocht door PVP-gecapte GNPs te synthetiseren in ethanol en ethanol-water mengsels met L-ascorbijnzuur. UV-Vis spectra en DLS metingen bevestigden dat de deeltjesgrootte toeneemt met afnemende polariteitsindex van het oplosmiddel. Op basis van deze resultaten werd de groei van GNPs gecontroleerd in twee stadia tijdens het chemische reductieproces. De deeltjesgroei werd initieel gecontroleerd door de oplosmiddelmoleculen door het vormen van een sterke dubbellaag rond het nanodeeltje. Vervolgens worden de assemblage en stabiliteit van GNPs bepaald door de stabilisator of ligandmoleculen in het tweede stadium. Echter, de groei van GNPs neemt toe met afnemende polariteitsindex van het reactiemedium in beide stadia. De uiteindelijke kleuren van gesuspendeerde GNPs en TEM-afbeeldingen impliceren de morfologieën van de geproduceerde GNPs. Opvallend resulteerde hoge polariteit van het oplosmiddelmengsel in spherische GNPs, en lage polariteitsindex omgeving resulteerde in oneffenmatige vorm van GNPs. Dit onderzoek adress een nieuwe benadering om verschillende grootte en vorm van GNPs in een enkele stap te synthetiseren door gebruik te maken van oplosmiddelpolariteitsindex-afhankelijke deeltjesgroei en assemblage.

Beschikbaarheid van Data en Materialen

Alle data gegenereerd of geanalyseerd tijdens deze studie zijn in deze studie opgenomen. De ruwe dataset verkregen en geanalyseerd tijdens het experimentele werk is beschikbaar bij de corresponderende auteur op redelijke verzoek.

Afkortingen

GNPs:

Goudnanodeeltjes

NPs:

Nanodeeltjes

PVP:

Polyvinylpyrrolidon

TEM:

Transmissie-elektronenmicroscopie

DLS:

Dynamische lichtverstrooiing

PDI:

Poly-dispersiteitsindex