Спосіб одержання наночастинок золота на основі політіоціангідрохінону

Реферат: Спосіб одержання наночастинок золота на основі політіоціангідрохінону включає відновлення гідроген тетрахлораурату і одночасну стабілізацію високодисперсного золота органічним полімером. Як органічний полімер використано політіоціангідрохінон. UA 108703 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ НАНОЧАСТИНОК ЗОЛОТА НА ОСНОВІ ПОЛІТІОЦІАНГІДРОХІНОНУ UA 108703 U UA 108703 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області нанотехнологій, зокрема до способів отримання наночастинок, які містять високодисперсне металічне золото, стабілізоване високомолекулярними речовинами і може бути використана при виготовленні лікарських препаратів, косметичних засобів, високочутливих сенсорів, каталізаторів, пристроїв запису інформації, мікросхем. Відомий спосіб одержання гідрозолів золота шляхом відновлення водних розчинів тетрахлорауратної кислоти боргідридом натрію або гідразингідратом в присутності реакційноздатного пероксидовмісного стабілізатора-модифікатора поверхні [1]. Недоліком цього способу є забруднення кінцевого золю продуктами окиснення натрій тетраборату та гідразингідрату. Відомий спосіб одержання композиції, що містить наночастинки золота [2] шляхом взаємодії гідроген тетрахлораурату з відновником у присутності полімерного стабілізатора. Як відновлюючий реагент використовують цитрат або аскорбат натрію, а як полімерний стабілізатор - полі-N-вінілпіролідон. Одержану композицію відділяли від розчину побічних продуктів реакції та надлишку відновника упарюванням та декантацією. Очищення від залишкових слідів відновника та побічних продуктів реакції здійснювали розчиненням у низькокиплячій нетоксичній рідині, в якій композиція є розчинною, а відновник та побічні продукти є нерозчинними. У якості низькокиплячої рідини використовували етиловий спирт. Недоліком даного способу є велика тривалість і складність технологічного процесу очистки одержаного золю золота. Більш перспективними є методи одержання наночастинок золота, в яких одна речовина одночасно виконує функцію відновника і стабілізатора. Зокрема, відомий спосіб одержання наночастинок золота з використанням ароматичних амінів у ролі відновника і стабілізатора [3]. Згідно з цим способом 25 мл 0,03 % водного розчину гідроген тетрахлораурату нагрівали до 80 °C з наступним додаванням 0,5 мл 0,1 М водного розчину 2-метиланіліну. Для очистки синтезованих наночастинок водну фазу змішували з етилацетатом і енергійно перемішували. Наночастинки, які перейшли в органічну фазу сконцентровували шляхом випарювання і висушували при кімнатній температурі у вакуумі для видалення органічного розчинника. Отримані наночастинки повторно розчиняли в органічних розчинниках, таких як ацетонітрил, етилацетат, тетрагідрофуран. Недоліком даного способу є необхідність використання токсичних органічних розчинників, крім того одержані наночастинки є гідрофобними, що значно обмежує області їх використання. Відомий спосіб одержання гідрофільних наночастинок золота, який полягає у відновленні гідроген тетрахлораурату натрій цитратом при кип'ятінні у водному розчині (метод Туркевича) [4]. Недоліком даного способу є широкий розподіл одержуваних наночастинок за розмірами, низька стабільність при зберіганні, а також забруднення кінцевого золю продуктами окиснення цитрат-аніона, зокрема ацетондикарбоновою та ітаконовою кислотами. Найбільш близьким за технічною суттю і одержаному результату до запропонованого винаходу вибраного нами в ролі прототипу є спосіб одержання наночастинок золота відновленням розчину гідроген тетрахлораурату синтетичними гуматами [5]. Згідно з цим способом у конічній колбі розчиняли 30 мг повітряно сухої суміші синтетичних гумінових кислот у 35 мл 1 М розчину натрій гідроксиду. До одержаного розчину додавали 6,5 мл 0,113 М розчину гідроген тетрахлораурату та 308,5 мл дистильованої води. Реакційну суміш нагрівали зі зворотним холодильником. Кип'ятіння проводилось до тих пір, поки не встановлювалося стале значення оптичної густини розчину при =520 нм. Для очистки золю, що містив наночастинки золота, при перемішуванні додавали 20 мл насиченого розчину Са(ОН) 2. Одержаний осад промивали декантацією та центрифугували при 3000 об/хв протягом 5 хв. Надосадовий розчин відділяли декантацією, а до осаду добавляли невелику кількість води. До отриманої суспензії додавали 2 г катіоніту у натрієвій формі і всю отриману суміш ставили на магнітну мішалку на 3 години, після чого катіоніт відфільтровували на скляному фільтрі. Перевагою даного методу є те, що в даній реакції гумінові речовини можуть виконувати подвійну функцію: відновника гідроген тетрахлораурату і стабілізатора утворених наночастинок. Недоліком цього способу є відсутність у складі стабілізуючої оболонки атомів Нітрогену та Сульфуру, за рахунок яких наночастинки золота можуть бути кон'юговані до інших біомолекул, що звужує сфери їх застосування. Задача способу, що заявляється є одержання стабільних гідрозолів, які містять наночастинки золота, стабілізовані органічними полімерами, що містять у своєму складі атоми Нітрогену та Сульфуру, що, як передбачається, значно розширить сфери їх застосування. Це досягається завдяки тому, що у способі одержання наночастинок золота на основі 1 UA 108703 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 політіоціангідрохінону, згідно з корисною моделлю, в якості органічного полімеру використано політіоціангідрохінон. Гідроген тетрахлораурат беруть у кількості 0,6 ммоль, а луг у кількості 1,1 ммоль в розрахунку на 0,1 ммоль політіоціангідрохінону. Взаємодію гідроген тетрахлораурату з політіоціангідрохіноном здійснюють в інтервалі температур 30-85 °C. Запропонований спосіб одержання наночастинок золота на основі політіоціангідрохінону здійснюють шляхом розчинення політіоціангідрохінону у розчині лугу з наступним додаванням розчину гідроген тетрахлораурату. Політіоціангідрохінон завдяки наявності фенольних груп III 0 відновлює Аu до Аu . Відновлені атоми золота агломерують з утворенням кластерів золота, які збільшуються в розмірах. Частково окиснений політіоціангідрохінон за рахунок хемосорбції перешкоджає подальшій агломерації кластерів і дозволяє отримувати частинки золота з нанорозмірами. Негативний заряд наночастинок золота, який виникає за рахунок іонізації у лужному середовищі гідрокси- та карбокси- груп хемосорбованих молекул частково окисленого політіоціангідрохінону, перешкоджає коагуляції одержаного колоїдного розчину (Фіг. 1). Наявність на поверхні наночастинок золота негативного заряду підтверджується їх здатністю до коагуляції багатозарядними катіонами металів. Взаємодію гідроген тетрахлораурату з політіоціангідрохіноном здійснюють в діапазоні температур 30-85 °C. Температура впливає лише на швидкість перебігу процесу. При 85 °C процес завершується за 1 годину. Проведення реакції при нижчій температурі значно збільшує тривалість технологічного процесу. Наприклад, при З0 °C реакція завершується приблизно за 5 годин. Гідроген тетрахлораурат беруть у кількості 0,6 ммоль, а луг у кількості 1,1 ммоль з розрахунку на 0,1 ммоль політіоціангідрохінону. Саме при таких кількостях взятих реагентів вдається отримувати стійкий колоїдний розчин наночастинок золота. Контроль за ходом реакції здійснюють спектрофотометрично, вимірюючи оптичну густину при =525 нм. Стале значення оптичної густини свідчить про завершення процесу. Утворення наночастинок золота було доведено рядом фізико-хімічних методів. Дослідження одержаних гідрозолів наночастинок золота методом спектрофотометрії у видимій ділянці спектру продемонструвало наявність інтенсивної смуги поглинання з максимумом при 525 нм (Фіг. 2), яка обумовлена плазмонним резонансом наночастинок золота. Протягом 5 місяців спостереження така система залишається стабільною, при цьому форма і положення смуги поглинання наночастинок золота майже не змінюється. Велика напівширина смуги поглинання свідчить про широкий розподіл одержаних наночастинок золота за розмірами. Було також проведено електронномікроскопічне дослідження золю золота. Зображення частинок, одержане на просвічуючому електронному мікроскопі SELMI TEM-125K наведені на Фіг. 3. Електронна мікроскопія демонструє широкий розмірний розподіл металічних наночастинок, що підтверджує припущення зроблені на основі спектроскопії у видимій ділянці спектру. На дифрактограмі зразка (Фіг. 4) спостерігаються рефлекси характерні для кубічної гранецентрованої решітки золота. Середній розмір кристалітів, визначений за розширенням найбільш інтенсивної і окремо розміщеної лінії (111) за рівнянням Шеррера, становить близько 15 нм. Приклад Спосіб приготування наночастинок золота на основі політіоціангідрохінону здійснювали наступним чином. У хімічному стакані розчиняли 19,6 мг політіоціангідрохінону у 1,1 мл 1 М розчину NaOH і розводили дистильованою водою до 60 мл. Отриману суміш нагрівали в термостаті до 85 °C. Далі при перемішуванні розчину додавали 3 мл 0,2 М розчину НАuСl 4. За таких умов реакція завершувалась за 1 годину. Джерела інформації: 1. Пат. України № 98430 МПК С08К 3/08 С01П 7/00 С08А 222/00 С08А 26/00 С07С 409/00 В82В 1/00 Спосіб одержання гідро золів наночастинок золота / Заіченко Олександр Сергійович, Шевчук Олег Михайлович, Мітіна Наталія Євгенівна Опубл. 10.05.2012, бюл. № 9. 2. Пат. України №16095 МПК А61К 31/79 А61К 33/38 Спосіб одержання композиції, що містить наночастинки золота / Усатенко Олександр Васильович, Щербаков Олександр Борисович Опубл. 17.07.2006, бюл. № 7/2006. 3. Subramaniam С, Tom R.T., Pradeep T. On the formation of protected gold nanoparticles from AuC14 by the reduction using aromatic amines // Journal of Nanoparticle Research. - 2005. - Vol. 7. P. 209-217. 4. Turkevich J., Stevenson P.С, Hillier J. A Study of the Nucleation and Growth Processes in the Synthesis of Colloidal Gold. // Discuss. Faraday Soc. - 1951. - Vol. 11. - P. 55-75. 2 UA 108703 U 5. Пат. 67022 України на корисну модель, МПК В82В 3/00. Спосіб одержання наночастинок золота, стабілізованих синтетичними гуматами / Литвин В. А., Галаган Р. Л., Король Я.Д., Мінаєв Б.П.; заявник і власник Черкаський національний університет ім. Б. Хмельницького. - № u201109182; заявл. 22.07.2011; опубл. 25.01.2012, Бюл. № 2. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 1. Спосіб одержання наночастинок золота на основі політіоціангідрохінону, який включає відновлення гідроген тетрахлораурату і одночасну стабілізацію високодисперсного золота органічним полімером, який відрізняється тим, що як органічний полімер використано політіоціангідрохінон. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що гідроген тетрахлораурат беруть у кількості 0,6 ммоль, а луг у кількості 1,1 ммоль в розрахунку на 0,1 ммоль політіоціангідрохінону. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що взаємодію гідроген тетрахлораурату з політіоціангідрохіноном здійснюють в інтервалі температур 30-85 °C. 3 UA 108703 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4