Полые наночастицы металлов сейчас используются во многих областях, в частности для адресной доставки лекарств и их контролируемого высвобождения. Статья ученых ИТМО о новом методе получения нанокапсул опубликована в журнале Chemistry of Materials.
В фотонике на наночастицах металлов наблюдают такие эффекты, как плазмонный резонанс, необходимый для увеличения сигнала при спектроскопии и повышения чувствительности приборов, ― рассказывает магистрант Университета ИТМО Александра Фальчевская. ― Еще одно потенциальное применение ― в медицине, где популярна идея адресной доставки лекарственных препаратов, в том числе путем инкапсулирования их в металлические полые наночастицы.
Получить наночастицы вовсе не просто, для этого существует множество разных методов. Частицы можно получать химически, в том числе с помощью золь-гель метода. Но этот путь предполагает множество промежуточных реакций. Другие ― физические ― методы предполагают использование дорогостоящих лазерных или других установок. Лазерный импульс бьет по подложке из нужного металла, в результате чего от нее «отрываются» наноразмерные объекты.
Еще сложнее сделать наночастицы полыми. Для этого чаще всего используют темплатные методы, когда на сферическую частицу или, по-научному, темплат, «лепят» нужный материал, а потом темплат вытравливают.
Этот метод не очень удобен, а для получения именно металлических частиц он не подходит вовсе. Есть и другие способы, например, самосборка одной капсулы из множества более мелких частиц. Все они по-своему хороши, но опять же для получения различных видов именно металлических конструкций подходят мало. Методами лазерной абляции иногда можно получить металлические нанокапсулы, однако это требует сложного и дорогостоящего оборудования, ― объясняет Александра Фальчевская.
Ученые Университета ИТМО предложили альтернативный способ получения металлических наночастиц из переходных металлов, основанный на использовании реакции гальванического замещения.
«Если мы возьмем наношарик металла и поместим в раствор соли меди, то будет происходить окислительно-восстановительная реакция, ― рассказывает Александра Фальчевская. ― Частица и раствор будут обмениваться электронами: медь будет забирать электроны из наношарика, окисляя его. Металл из наношарика будет переходить в раствор, а металл из соли будет восстанавливаться, переходить в твердую форму и оседать на границе раздела фаз ― собственно, на поверхности шарика».
Таким образом, вокруг исходной частицы образуется медная нанокапсула с полостью внутри ― на том месте, где находился исходный шарик.
Для своих экспериментов ученые использовали не обычные металлы вроде железа, а галлий и его сплавы с индием. Это так называемый жидкий металл, который имеет очень низкую температуру плавления. Так, кусочек галлия можно расплавить, буквально сжав его в кулаке.
Благодаря этому свойству, получать исходные наночастицы галлия очень просто. Достаточно взять обычную каплю металла, нагретого до 30 градусов цельсия и воздействовать на нее ультразвуком, чтобы получить микро- и нанокапли.
