Спосіб одержання наночасток золота

Реферат: Спосіб одержання наночасток золота включає їх синтез шляхом відновлення тетрахлороаурату(ІІІ) водню (Н[АuСl4]3Н2О). На водний розчин тетрахлороаурату(III) водню з концентрацією золота 10-35 ррm при зниженому тиску 0,7-0,9 МПа діють плазмою тліючого розряду з встановленими параметрами струму 100-500 мА та напруги 700-1000 V. UA 103777 U (12) UA 103777 U UA 103777 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до нанотехнологій, а саме - до плазменного синтезу наночасток золота з використанням водного розчину тетрахлороаурату (III) водню (Н[АuСl4]3Н2О) як джерела золота. Одержані таким способом матеріали можуть застосовуватися для виготовлення косметичних засобів, лікарських препаратів, харчових і біологічно активних добавок, медичних виробів і матеріалів медичного призначення, розчинів дезінфекції та ін. Наночастки золота знайшли застосування: в робототехніці, текстильній, харчовій промисловості, для очищення води, енергетиці, електроніці, екології (фільтри для очищення стічних вод, сажовий фільтр). В медицині наночастки золота активно досліджуються і використовуються для діагностичних та терапевтичних цілей при терапії пухлин та ревматоїдному артриті. Також їх використовують як носії для доставки лікарських засобів, генетичного матеріалу, антигенів. Серед інших металів золото вибрано з наступних причин: - по-перше, властивості наночасток золота суттєво відрізняються від властивостей макрофаги металу. Якщо золото є діамагнетиком, то його наночастки виявляють себе як феромагнітні; - по-друге, виявилось, що наночастки золота можна використовувати для діагностики раку, тому що вони набагато легше зв'язуються з хворими клітинами, ніж зі здоровими. Це дає можливість побачити за допомогою звичайного мікроскопа місце локалізації пухлинних клітин. По-третє, наночастки золота мають каталітичні властивості в промислово важливих реакціях. Детальне дослідження літературних джерел показало, що на даний час існує багато способів синтезу наночасток золота. До найпоширеніших способів одержання наночасток золота належать дисперсійні (диспергування металів) та конденсаційні методи (відновлення солей відповідних металів) [Див. Дыкман Л.А., Богатырев В.А. Наночастицы золота: получение, функционализация, использование в биохимии и иммунохимии. // Успехи химии. - 2007. - Т. 76, № 2. - С. 199-213]. В основі дисперсійних методів отримання нанорозмірного золота лежить руйнування кристалічної решітки металевого золота під дією електричної дуги в рідкому середовищі. При цьому на вихід і форму наночасток впливають напруга між електродами, сила струму, а також наявність в розчині електролітів. Більш поширені конденсаційні способи отримання наночасток золота, до яких належить відновлення тетрахлороаурату (III) водню (Н[АuСl4]) хімічними відновниками або за допомогою лазерного, імпульсного, ультразвукового (УЗ) або ультрафіолетового (УФ) опромінення. Хімічними відновниками можуть виступати різні органічні і неорганічні сполуки, які впливають на розмір одержуваних наночастинок. Одним з яскравих прикладів такого синтезу є метод Туркевича, який полягає у відновленні Н[АuСl4] цитратом натрію у водному середовищі. У даному випадку цитрат-іони утворюють на поверхні наночастинок золота негативно заряджену оболонку, яка перешкоджає подальшій взаємодії наночастинок за рахунок електростатичного відштовхування та призводить до стабілізації наночастинок. Таким методом можливо отримати відносно монодисперсні наночастинки золота з розміром 10-60 нм. Відомі способи синтезу металевих наночасток у водно-дисперсному середовищі шляхом відновлення у розчині сполук відповідних хімічних елементів (срібла та золота) дією органічних речовин-відновників з одночасним хімічним стабілізуванням нанопродукту (наночасток срібла та золота) у вигляді золю. Зокрема цікавими є способи, де один реагент одночасно забезпечує відновлення металічного елемента та формування захисного шару навколо наночасток. До таких належить широковідомий спосіб синтезу срібних наночасток 10 завдяки взаємодії цитратаніону з катіоном срібла (І) [Див. Методы синтеза наночастиц с плазменным резонансом // В.Л. Богатырев, JI.А. Дыкман, Н.Г. Хлебцов. Саратов, 2009]. До недоліків способу слід віднести складність технічної організації процесу (поступове та контрольоване додавання реагенту у реакційне середовище, перемішування, кипіння рідини з запобіганням втрати води за рахунок випаровування, практична неможливість організувати процес у форматі отримання мікрокількостей нанопродуктів з дослідницькою метою та ін.); низька стійкість у часі утворених наночасток; невикористання виділення нанопродукту шляхом центрифугування, що суттєво звужує спектр можливих виробничих дій з наночастками та ускладнює процедуру очищення продукту від розчинних компонентів реакційного середовища; суттєвий розбіг розмірів утворених наночасток, який означає певну неконтрольованість синтезу, що впливає на розмір утворюваних наночастинок. В технічній літературі описані способи, засновані на використанні низькотемпературної плазми. 1 UA 103777 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Так, в роботі Хі Liang, Zhou-jun Wang, and Chang-jun Liu "Size-controlled synthesis of colloidal gold nanoparticles at room temperature under the influence of glow discharge" описано спосіб отримання наночасток золота в розчині шляхом відмовлення тетрахлороаурату(III) водню в середовищі аргону і при зниженому тиску. До недоліків способу слід віднести обмежену часом стабільність наночасток у розчині, вплив багатьох параметрів синтезу на розмір та форму наночасток. З рівня техніки найбільш близьким до заявленого рішення є спосіб одержання наночасток золота у рідкокристалічній каприлатній матриці, захищений патентом України № 86660, МПК (2015.01) C01G 7/00, В82В 1/00, публ. 10.01.2014 р. Для отримання матеріалу з хорошим розподілом наночасток золота по всьому об'єму використовували рідкокристалічні (РК) матриці, так як РК матриця сприяє дезагрегації та стабілізації наночасток золота, які розташовуються впоперек шарів рідких кристалів. Наночастки золота були синтезовані в одну стадію у рідкокристалічному середовищі на основі каприлату кадмію (C8H15O2)2Cd або його бінарних систем еквімолярного складу Cd, МС8Н15О2, де Μ = Li, Na, K, Mg, Zn, Pb з використанням тетрахлороаурату (III) водню (H[AuCl4]3H2O) як джерела золота. У цьому методі розплав каприлатів металів одночасно виступає і як відновник, і як стабілізуюче середовище. Синтез проводили при температурах існування рідкокристалічної фази каприлату кадмію (110 °C) або його бінарних сумішей з каприлатами літію (150 °C), натрію (150 °C), калію (130 °C), магнію (130 °C), цинку (120 °C) та свинцю (100 °C). При охолодженні розплавів отримували рідкокристалічні нанокомпозитні стекла з наночастками золота. Концентрацію золота в композиті варіювали від 0,25 до 8 мол. %. Отримані зразки досліджували методами електронної спектроскопії ультрафіолетової (УФ) та видимої області, малокутового рентгенівського розсіювання та просвітчастої електронної мікроскопії (ПЕМ). Методом електронної спектроскопії досліджено оптичні властивості отриманих рідкокристалічних стекол з наночастинками золота. Показано, що в електронних спектрах поглинання присутня широка смуга в діапазоні від 490 нм до 630 нм, яка відповідає поверхневому плазмовому резонансу (ППР). При підвищенні концентрації наночастинок золота від 0,25 до 8 мол. % збільшується значення оптичної густини поглинання та спостерігається довгохвильовий зсув смуги поглинання. Спосіб-прототип відносно простий та контрольований. Проте, при виготовленні наночасток золота за допомогою каприлату кадмію, необхідна технічно складна технологія з відмивання, фільтрації і концентрування наночасток з метою заміни стабілізуючого агента. Крім цього, при використанні як відновлювача та стабілізатора каприлату кадмію, виникають обмеження застосування наночасток з огляду на вимоги безпеки, зокрема при виготовленні лікарських препаратів, харчових і біологічно активних добавок. В основу корисної моделі поставлена задача усунення вказаних недоліків та створення простого, дешевого і високопродуктивного способу одержання наночасток золота, зокрема особливо чистих. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання наночасток золота, що включає їх синтез шляхом відновлення тетрахлороаурату(ІІІ) водню (Н[АuСl4]3H2О), згідно з корисною моделлю, на водний розчин тетрахлороаурату(III) водню з концентрацією 10-35 ррm при зниженому тиску 0,7-0,9 МПа діють плазмою тліючого розряду з встановленими параметрами струму 100-500 мА та напруги 700-1000 V. Основна відмінність даного технічного рішення від вищезгаданих і прототипу, зокрема, полягає в отриманні наночасток золота із заданими характеристиками завдяки можливості регулювання часом дії плазми, її енергетичними параметрами, а також змінюючи концентрацію золота в розчині. Утворені за заявленим способом наночастки золота мають стабільну форму, що відрізняється від отриманої за відомими способами, а також не мають розкиду параметрів за розміром. Останній недолік пояснюється тим, що синтез наночасток здійснювався в середовищі аргону або в атмосферному повітрі. Представлений на реєстрацію спосіб діє на водний розчин тетрахлороаурату(III) водню плазмою тліючого розряду з встановленими параметрами струму та напруги. При цьому відбувається відновлення сольватованого катіону золота, яке утворює в рідині суспензію з наночасток в діапазоні від 5 до 40 нм. Механізм відновлення пов'язаний із впливом на сольватовані іони тетрахлороаурату(III) водню радикалів перекисного ряду, що утворюються в воді при сукупному впливі компонентів плазми (УФ-випромінювання, радіоліз, бомбардування іонізованими частинками та ін.). Однією із форм цих радикалів є перекис водню Н 2О2, взаємодія 2 UA 103777 U 5 10 15 20 з якою призводить до відновлення солі золота. Як наслідок, продукти розпаду - вільний хлор, виноситься з вакуумуванням з реактора, а продукт відновлення - золото, перебуває в реакторі у вигляді колоїдного розчину. Заявлений спосіб одержання наночасток золота ілюструється фіг. 1, де представлений реактор для його реалізації. На кресленні зображені: 1 - реактор з оболонкою (сорочкою) охолодження; 2 - вакуум; 3, 4 - електроди; 5 подача і відвід води; 6 джерело живлення. Крім цього на. фіг. 2 представлені фото одержаних наночасток золота. Розчин кислоти Н[АuСl4] готують за стандартною методикою з використанням 1 г банківського злитку золота в суміші азотної і соляної кислот. Отриманий розчин додають в дистильовану воду при кімнатній температурі. Концентрація золота в утвореному об'ємі складає 30 ррm. Після цього розчин через патрубок 2 подають в реактор 1, потім приєднують до нього трубку вакуумного насоса (на кресленні не показаний) і вмикають його, доводячи значення зниженого тиску до 0,8 МПа. При досягненні реактором необхідного розрідження для ініціювання розряду плазми тліючого розряду. Дія плазми на розчин триває протягом 15 хвилин, при цьому спостерігають зміну кольору розчину з блідо-жовтого до світло-малинового. Розчин, що отримали, дослідили за допомогою ПЕМ. Фотографії (Фіг. 2) свідчать про одержані наночастки золота розмірами біля 10 нм та гексагональною сингонією кристала. Таким чином, запропонований спосіб має ряд переваг порівняно з відомими на даний час: простота проведення реакції синтезу; відсутність необхідності застосування додаткових відновників та стабілізуючих агентів; монодисперсність та можливість отримання потрібної концентрації наночасток. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Спосіб одержання тетрахлороаурату(ІІІ) тетрахлороаурату(III) МПа діють плазмою напруги 700-1000 V. наночасток золота, що включає їх синтез шляхом відновлення водню (Н[АuСl4]3Н2О), який відрізняється тим, що на водний розчин водню з концентрацією золота 10-35 ррm при зниженому тиску 0,7-0,9 тліючого розряду з встановленими параметрами струму 100-500 мА та 3 UA 103777 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4