Плазмонно-резонансные наночастицы для биомедицинских приложений

• Автор: Хлебцов, Борис Николаевич
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 508 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Получение и определение параметров золотых наночастиц

1.1.1 Коллоидное золото

1.1.2 Золотые наностержни

1.1.3 Золотые нанооболочки

1.1.4 Методы определения геометрических параметров плазмонно-

резонансных наночастиц'

1.2 Оптические свойства металлических наночастиц

1.2.1 Диэлектрические функции

1.2.2 Оптические свойства плазмонно-резонансных частиц:

дипольное приближение
1.2.3 Строгие методы расчета оптических свойств наночастиц
1.3. Функционализация наночастиц и биомедицинские
применения
1.3.1 Общие принципы получения конъюгатов наночастиц с
биомакромолекулами
1.3.2 Основные направления биологических применений плазмонно-
резонансных наночастиц
1.3.3 Детектирование биоспецифических взаимодействий,
иммуноанализ
1.3.4 Визуализация и контрастирование
1.3.5 Фототермическая терапия
1.3.6 Адресная доставка антигенов и лекарств, токсичность и
биораспределение наночастиц

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ БИОКОНЪЮГАТОВ ЗОЛОТЫХ НАНОЧАСТИЦ
2.1 Двухслойная модель биоконъюгатов: изменение экстинкции
и рассеяния при адсорбции биополимера
2.1.1 Оптическая модель биоконъюгатов: теоретический анализ
2.1.2 Результаты и их обсуждение
2.1.3 Оптимизация оптических свойств биоконъюгатов по размеру
частиц
2.2 Многослойная модель биоконъюгатов: изменение экстинкции и рассеяния при адсорбции биополимера
2.2.1 Теоретический анализ многослойной модели биоконъюгата
коллоидного золота
2.2.2 Изменение спектров экстинкции и рассеяния при формировании
первичного и вторичного полимерного слоя. Оптимизация наносенсоров
2.3 Экспериментальное исследование адсорбции биополимеров на золотых наночастицах с использованием спектров статического рассеяния и поглощения света и метода динамического светорассеяния
2.3.1 Препараты и реактивы. Приготовление конъюгатов
2.3.2 Приборы и методики измерений
2.3.3 Результаты экспериментов и их обсуждение
2.3.4 Неоднородная модель адсорбции желатина на частицах золота
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3 ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗОЛОТЫХ И ЗОЛОТОСЕРЕБРЯНЫХ НАНОСТЕРЖНЕЙ: ЭКСПЕРИМЕНТ И ТЕОРИЯ

3.1 Теоретическое и экспериментальное исследование
деполяризации света, рассеянного золотыми наностержнями
3.1.1 Теоретическое моделирование спектров деполяризации
плазмонно-резонансных наночастиц
3.1.2 Экспериментальное измерение деполяризации света,
рассеянного золотыми наностержнями
3.2 Мультипольные плазмонные резонансы в металлических наностержнях
3.2.1 Модель и методы расчетов
3.2.2 Зависимость мультипольных резонансов от размера и формы
наностержней
3.2.3 Правила мультипольных вкладов
3.2.4 Ориентационная зависимость мультипольных резонансов
3.2.5 Сравнение с экспериментом и результатами моделирования
методом дискретных диполей
3.2.6 Скейлинг мультипольных резонансов
3.2.7 Зависимость положения мультипольных резонансов от
диэлектрической проницаемости окружающей среды
3.3 Синтез и исследование оптических свойств золотосеребряных наностержней
3.3.1 Синтез золотосеребряных наностержней
3.3.2 Характеристика образцов
3.3.3 Результаты эксперимента и обсуждение
3.3.3 Теоретическое моделирование: оценка толщины серебряного
нанослоя по спектральному сдвигу
функционализации на поверхности силикатной частицы располагаются аминные группы, которые имеют в водной среде положительный заряд. Поверхностная плотность заряда играет большую роль для успешного синтеза нанооболочек [241, 273], поэтому авторы [272] предлагают добавлять избыточное количество кросслинкера, достаточное для формирования пяти молекулярных слоев на поверхности частицы. Температура реакции также оказывает большое влияние на поверхностную плотность аминных групп. В работе [274] изучался механизм формирования монослоев АПТМС на поверхности оксида кремния в зависимости от температуры. Наибольшее покрытие и стабильность достигалось при температуре реакции 70°С.
Получить заряженные частицы двуокиси кремния [275] можно также используя последовательную адсорбцию на их поверхности полиэлектролитов [276, 277]. Этот подход также, позволяет решить проблему функционализации полистирольных латексов [263].
Третий этап синтеза золотых нанооболочек на ядрах из двуокиси кремния состоит в адсорбции на функционализованных ядрах коллоидного золота малого размера. Как правило, для этих целей исследователи используют наночастицы диаметром 2-3 нм, полученные по методу Даффа [180], а также частицы, полученные цитратным способом [261]. Так как размер адсорбированных на поверхности частиц во многом лимитирует минимально возможную толщину оболочки, то использование маленьких частиц представляется более перспективным. Связывание коллоидного золота с аминными группами на поверхности силикатных частиц происходит за счет электростатического взаимодействия. Как правило, проводят простое смешение двух коллоидов при комнатной температуре без перемешивания. В работе [273] измерялся дзета-потенциал частиц в зависимости от pH реакционной среды, и было показано, что паилучшее связывание и равномерное покрытие может быть получено при значениях рН=3-4. В работе исследовалось [272] влияние концентраций этанола