Химики из Израиля нашли способ управлять сборкой золотых наночастиц в агрегаты при помощи света. Сами наночастицы при этом к свету не чувствительны. Новая работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology, а кратко с ней ознакомиться можно в блоге Королевского Химического Общества (Великобритания).

В новой работе авторы разработали методику, позволяющую управлять сборкой и разборкой золотых наночастиц с помощью света, не прибегая к непосредственному «пришиванию» фоточувствительных веществ к их поверхности. Для этого химики воспользовались веществом, способным под действием света менять кислотность раствора, не взаимодействуя с золотом.

Изображение Чеширского Кота, сделанное с помощью наночастиц золота. Желтый фон — агрегированные наночастицы, красный рисунок — рассеянные. Анимация охватывает 3 минуты.Изображение: Pintu K. Kundu et al. / Nature Nanotechnology, 2015

Это вещество, относящееся к классу спиропиранов, может находиться в двух состояниях — циклическом и разомкнутом. В норме оно разомкнуто, но под действием света способно переходить в циклическое состояние. Реакция приводит к изменению свойств соединения и высвобождением протонов в раствор. В результате происходит увеличение его кислотности. Спустя некоторое время соединение восстанавливает разомкнутую форму, захватывая протон обратно.

Схема происходящих превращений: в левом верхнем углу разомкнутая форма спиропирана, в правом верхнем — циклическая. Изображение: Pintu K. Kundu et al. / Nature Nanotechnology, 2015

Наночастицы золота, использованные авторами, содержат на своей поверхности большое количество остатков карбоновых кислот. В исходном состоянии, когда спиропираны в растворе находятся в разомкнутой форме, кислотные остатки не заряжены и поэтому практически не отталкиваются друг от друга: наночастицы собраны в единый агрегат. При повышении кислотности раствора, высвобожденные протоны присоединяются к кислотным остаткам и передают им положительный заряд. В результате наночастицы начинают отталкиваться друг от друга и рассеиваются по раствору.

Агрегированные частицы (справа) рассеиваются под действием (слева). Изображение получено методом просвечивающей электронной микроскопии. Изображение: Pintu K. Kundu et al. / Nature Nanotechnology, 2015

Эти явления сопровождаются изменением окраски раствора, агрегаты окрашивают его в желтый цвет, единичные наночастицы — в красный.

Затем авторы повторили эксперимент в среде геля на основе полиэтиленгликоля, содержавшего и наночастицы золота и спиропиран. Оказалось, что система сохраняет свои свойства и легко переходит между состояниями агрегированных и рассеянных наночастиц. Кроме того, авторам удалось показать, что на гелевой пластинке методом, напоминающим фотолитографию можно создавать изображения, которые держатся около трех минут, после чего происходит восстановление цвета. Гель здесь ограничивает подвижность наночастиц и не дает изображению искажаться.

Процесс получения изображения на геле. Над гелем размещают маску, через которую пластинку засвечивают голубым светом. В левом нижнем углу фотография пластинки. Изображение: Pintu K. Kundu et al. / Nature Nanotechnology, 2015

По словам химиков, их разработка может применяться для захвата различных растворенных веществ из раствора. Так, например, удалось показать, что в процессе сборки наночастицы золота способны увлекать с собой молекулы красителя на основе нитробензоксадиазола. Эксперимент показал, что одна наночастица золота размером 5,5 нанометров способна захватить более 100 молекул красителя.