Nanotechnológie sú smerom, ktorý rastie zo dňa na deň a preniká do každého aspektu každodenného života na celom svete. Nanotechnológie sa zameriavajú na štúdium a prácu s ultra-malými materiálmi a zariadeniami, vo všeobecnosti nazývanými nanomateriály. Nanomateriály sú prírodné alebo synteticky pripravené materiály obsahujúce častice v neviazanom stave alebo agregáty, ktorých ≥50% častíc má aspoň jednu zo svojích strán vo veľkostnom rozmedzí od 1 do 100 nm. Avšak v niektorých prípadoch môžu byť ich zaujímavé vlastnosti nadobúdané práve pri dĺžkach menších ako 1 nm (až k 0,1 nm pri atómových a molekulových manipuláciách) alebo pri väčších ako 100 nm (až do 300 nm v prípadoch nanopolymérov a nanokompozitov). Nanomateriály majú v porovnaní s väčšími časticami špecifické fyzikálne, optické, elektronické a biologické vlastnosti. Dôvodom pre vznik takýchto vlastností je charakteristický vysoký pomer medzi povrchom a objemom materiálu1,2.
Nanočastice (NP) sú dôležitou zložkou nanotechnológií a tvoria tzv. „mosty“ medzi nadrozmernými materiálmi a jedno-molekulovými alebo atómovými štruktúrami. Medzi známe typy NP patria kovové NP, kvantové bodky, Bio-NP (nanokompozity s DNA al. proteínmi, atď), polymérne NP a koloidy3. Rozdiel medzi NP a nanoklastrami (NC) je definovaný na základe ich veľkosti. NP majú kovové jadro >2 nm a NC naopak < 2 nm. Avšak presný rozdiel medzi NP a NC nebol až dodnes známy. Ich rozdelenie vyplýva z veľkého rozdielu v optických vlastnostiach. NC pripravené zo vzácnych kovov (AuNC, AgNC) sú bežne zložené z klastrov obsahujúcich pár atómov až niekoľko stoviek atómov kovu. Klastre majú priemer <2 nm, čo je porovnateľné s Fermiho vlnovou dĺžkou elektrónov Au alebo Ag. Štruktúra NC je zložená z kovového jadra a obalu. Obal môžu tvoriť proteíny, DNA, polyméry, dendriméry, tioly alebo iné malé molekuly. Zavedenie AuNC do živého systému zahŕňa možnosť interakcie medzi biomolekulami/bunkami a aplikovanými nanosystémami, a preto štúdium ich interakcie je nevyhnutnou súčasťou bio-aplikácií nanosystémov4.
Ako príklad fluorescenčných AuNC uvádzame nami pripravené AuNC modifikované kyselinou 11-merkaptoundekánovou (AuNC@MUA), ktorá slúži ako redukčné činidlo, stabilizuje AuNC pred agregáciou alebo vyzrážaním, taktiež zväčšuje povrch AuNC potrebný pre úspešnú interakciu s biomolekulami/bunkami.
Táto práca vznikla za podpory grantu VVGS-PF-2014-454, VVGS-PF-2015-488 a VEGA 2/0025/12.
[1] Mu, Q.- Jiang, G.- Chen, L., et al. Chemical reviews. 2014. 114, 7740-7781.
[2] Pramod, A.- Sunny, P. Nanobiomaterials. In Nanobiomaterials Handbook: CRC Press, 2011. 1-24.
[3] Yau H. S.- Varnavski, O.- Goodson, T. Accounts of Chemical Research. 2013. 46, 1506-1516.
[4] Sun, J.- Jin, Y. Journal of Materials Chemistry C. 2014. 2, 8000-8011.
Veľkosť klastrov
Dobrý deň,
rád by som sa spýtal, aká je veľkosť klastrov – počet atómov, ktoré používate pri experimente? Ide o nesmierne dôležitý parameter. Ako spomínate, klastre sú spájajú dva úplne rozdielne svety: izolované molekuly a material. Ich výnimočnosť spočíva v tom, že sme schopní merať závislosti určitého parametru na veľkosti klastru. Postupným pridávaním atómov na kovový klaster sa mení ich reaktivita. Typickým príkladom je zlato: zlato ako kov je stabilné a nereaktívne (aj zlatý snubný prsteň symbolizuje dlhý a stabilný vzťah). Na strane druhej ak sa dostaneme do veľkostí pár desiatok molekúl zlata, ide o vysoko reaktívny system. V tejto oblasti pridávanie a odoberanie jednotlivých atómov spôsobuje výrazné zmeny v reaktivite (tie môžu byť hoc aj rádové!). Preto sa uvažuje o využití zlatých klastrov v katalýze (skupina nášho krajana Štefana Vajdu v Argonne National Laboratories). Tu si dovolím odporučiť Vám sledovať skupiny P. Jena a A. W. Castleman, kt. predstavujú guru v oboru kovových klastrov, prípadne IR spektroskopie štruktúr klastrov odporúčam skupinu A. Fielicke.
Čo sa týka rozdielu medzi nano-časticami a nano-klastrami. Myslím si, že sa jedná o dva rôzne termíny pre tú samú vec. Je to vec “predaja”, resp. získavania grantov. Pojem klaster sa používa od 70-80.tych rokov, zatiaľ čo pojem nanočastice zaznamenal boom v období rozvoja nanotechnológii, aby navodil dojem, že ide o úplne nový výskum.
Re: Veľkosť klastrov
Dobry den, dakujem za otazku, cenne informacie a odporucania. Myslim ze mozme hovorit o zmesi klastrov (Au16,Au18,Au25), zavisi to aj od pH a inych faktorov, ktore ako ste spomenuli ovplyvnuju vo velkej miere vlastnosti klastrov.
Re: Re: Veľkosť klastrov
Myslim ze pojem nanoklaster sa stal v tomto obdobi znamym vdaka tomu, ze zhluk atomov nedosahuje vlastnosti rovne nanocasticiam, ktore su vacsie ako 2nm a taktiez specifickou fluorescenciou, ktora u nanocastic nie je pritomna.
priprava Nc
Zaujimava praca, zaujimalo by ma viac o priprave NC resp AuNC@MUA, mate po ruke nejake dostupne lit. zdroje alebo je to zatial vas pracovny postup?
Re: priprava Nc
Ďakujem za otázku. Príprava AuNC@MUA je veľmi jednoduchá a existuje už pomerne dosť lit. zdrojov, ktoré sa touto syntézou zaoberajú. My sme taktiež ako usmernenie pri syntéze použili už známy postup, no pre svoje potreby sme si ho prispôsobili.
otazka
Dobry den, zaujimalo by ma ci sa vyuzivaju NC aj v spojeni s protilatkami, dakujem pekne.
Re: otazka
Dobry den, dakujem za otazku. Tak ako v pripade NP aj NC je mozne modifikovat tak, aby boli schopne viazat protilatky a dopravit ich na pozadovane miesto. Vyhodou je fluorescencia NC, cim je mozne sledovat uspesnost prenosu.
Myslim si, ze v tomto smere je este vela co objavovat/objasnovat, napr. vhodne modifikacie NC alebo synteza NC priamo v pritomnosti protilatok.