Агрегативная устойчивость коллоидных 3D- и 2D-наночастиц серебра, стабилизированных 11-меркаптоундекановой кислотой, в присутствии однозарядных катионов

  • Павел Олегович Малаховский Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-3924-0103
  • Алексей Владимирович Рашкевич Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0003-0400-9902
  • Егор Андреевич Минаков Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0001-9163-4954
  • Михаил Валентинович Артемьев Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-6608-0002
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-257X-2022-1-3-17

Аннотация

Изучена агрегативная устойчивость коллоидных квазисферических наночастиц и двумерных нанопластин серебра, стабилизированных 11-меркаптоундекановой кислотой, в присутствии фосфатных буферов, содержащих различные однозарядные катионы (Li+ , Na+ , K + , Cs+), а также трис-буфера с рН 8,0 и концентрацией 0,02 моль/л, которые соответствуют условиям конъюгации наночастиц с биомолекулами посредством карбодиимидной реакции. Выявлено, что в присутствии Na-фосфатного буфера наблюдается агрегация нанопластин серебра, тогда как квазисферические наночастицы при тех же условиях остаются коллоидно-стабильными. Различие в агрегативной устойчивости 3D- и 2D-наночастиц серебра связано с возрастанием показателя константы диссоциации 11-меркаптоундекановой кислоты на базальных гранях нанопластин и увеличением специфического мостикового взаимодействия наночастица – катион – наночастица, которое можно устранить путем введения в лигандную оболочку наночастицы неионогенного спейсера 11-меркаптоундеканола. Нанопластины серебра со смешанной лигандной оболочкой из 11-меркаптоундекановой кислоты и 11-меркаптоундеканола обладают повышенной коллоидной стабильностью в широком диапазоне рН.

Биографии авторов

Павел Олегович Малаховский, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории нанохимии

Алексей Владимирович Рашкевич, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

студент химического факультета. Научный руководитель – М. В. Артемьев

Егор Андреевич Минаков, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

выпускник химического факультета. Научный руководитель – М. В. Артемьев

Михаил Валентинович Артемьев, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

доктор химических наук, профессор; заведующий лабораторией нанохимии

Литература

  1. Langer J, Jimenez de Aberasturi D, Aizpurua J, Alvarez-Puebla RA, Auguié B, Baumberg JJ, et al. Present and future of surface-enhanced Raman scattering. ACS Nano. 2020;14(1):28–117. DOI: 10.1021/acsnano.9b04224.
  2. Li J-F, Li C-Y, Aroca RF. Plasmon-enhanced fluorescence spectroscopy. Chemical Society Reviews. 2017;46(13):3962–3979. DOI: 10.1039/c7cs00169j.
  3. Yu Y, Williams JD, Willets KA. Quantifying photothermal heating at plasmonic nanoparticles by scanning electrochemical microscopy. Faraday Discussions. 2018;210:29–39. DOI: 10.1039/c8fd00057c.
  4. Mock JJ, Smith DR, Schultz S. Local refractive index dependence of plasmon resonance spectra from individual nanoparticles. Nano Letters. 2003;3(4):485–491. DOI: 10.1021/nl0340475.
  5. Shrivastav AM, Cvelbar U, Abdulhalim I. A comprehensive review on plasmonic-based biosensors used in viral diagnostics. Communications Biology. 2021;4:70. DOI: 10.1038/s42003-020-01615-8.
  6. Mauriz E. Recent progress in plasmonic biosensing schemes for virus detection. Sensors. 2020;20(17):4745. DOI: 10.3390/s20174745.
  7. Loiseau A, Asila V, Boitel-Aullen G, Lam M, Salmain M, Boujday S. Silver-based plasmonic nanoparticles for and their use in biosensing. Biosensors. 2019;9(2):78. DOI: 10.3390/bios9020078.
  8. Pallavicini P, Dacarro G, Taglietti A. Self-assembled monolayers of silver nanoparticles: from intrinsic to switchable inorganic antibacterial surfaces. European Journal of Inorganic Chemistry. 2018;2018(45):4846–4855. DOI: 10.1002/ejic.201800709.
  9. Sener G, Uzun L, Denizli A. Colorimetric sensor array based on gold nanoparticles and amino acids for identification of toxic metal ions in water. ACS Applied Materials & Interfaces. 2014;6(21):18395–18400. DOI: 10.1021/am5071283.
  10. Bartczak D, Kanaras AG. Preparation of peptide-functionalized gold nanoparticles using one pot EDC/sulfo-NHS coupling. Langmuir. 2011;27(16):10119–10123. DOI: 10.1021/la2022177.
  11. Wickramathilaka MP, Tao BY. Characterization of covalent crosslinking strategies for synthesizing DNA-based bioconjugates. Journal of Biological Engineering. 2019;13(1):63. DOI: 10.1186/s13036-019-0191-2.
  12. Zhang Q, Li R-X, Chen X, He X-X, Han A-L, Fang G-Z, et al. Study of efficiency of coupling peptides with gold nanoparticles. Chinese Journal of Analytical Chemistry. 2017;45(5):662–667. DOI: 10.1016/S1872-2040(17)61013-2.
  13. Guzmán-Soto I, Omole M, Alarcon EI, McTiernan CD. Lipoic acid capped silver nanoparticles: a facile route to covalent protein capping and oxidative stability within biological systems. RSC Advances. 2020;10(54):32953–32958. DOI: 10.1039/d0ra07080g.
  14. Ehrl L, Jia Z, Wu H, Lattuada M, Soos M, Morbidelli M. Role of counterion association in colloidal stability. Langmuir. 2009;25(5):2696–2702. DOI: 10.1021/la803445y.
  15. Laaksonen T, Ahonen P, Johans C, Kontturi K. Stability and electrostatics of mercaptoundecanoic acid-capped gold nanoparticles with varying counterion size. ChemPhysChem. 2006;7(10):2143–2149. DOI: 10.1002/cphc.200600307.
  16. Oncsik T, Trefalt G, Borkovec M, Szilagyi I. Specific ion effects on particle aggregation induced by monovalent salts within the Hofmeister series. Langmuir. 2015;31(13):3799–3807. DOI: 10.1021/acs.langmuir.5b00225.
  17. Wang D, Tejerina B, Lagzi I, Kowalczyk B, Grzybowski BA. Bridging interactions and selective nanoparticle aggregation mediated by monovalent cations. ACS Nano. 2011;5(1):530–536. DOI: 10.1021/nn1025252.
  18. Zhang C-H, Zhu J, Li J-J, Zhao J-W. Small and sharp triangular silver nanoplates synthesized utilizing tiny triangular nuclei and their excellent SERS activity for selective detection of thiram residue in soil. ACS Applied Materials & Interfaces. 2017;9(20):17387–17398. DOI: 10.1021/acsami.7b04365.
  19. Zou X, Dong S. Surface-enhanced Raman scattering studies on aggregated silver nanoplates in aqueous solution. The Journal of Physical Chemistry B. 2006;110(43):21545–21550. DOI: 10.1021/jp063630h.
  20. Fabrikanos A, Athanassiou S, Lieser KH. Darstellung stabiler hydrosole von gold und silber durch reduktion mit äthylendiamintetraessigsäure. Zeitschrift für Naturforschung B. 1963;18(8):612–617. DOI: 10.1515/znb-1963-0805.
  21. Lundblad RL, Macdonald FM, editors. Handbook of biochemistry and molecular biology. 5th edition. Boca Raton: CRC Press; 2018. 1017 p.
  22. Pastoriza-Santos I, Liz-Marzán LM. Colloidal silver nanoplates. State of the art and future challenges. Journal of Materials Chemistry. 2008;18(15):1724–1737. DOI: 10.1039/b716538b.
  23. Malakhovsky P, Murausky D, Guzatov D, Gaponenko S, Artemyev M. Determination of pseudo-refractive index in self-assembled ligand layers from spectral shift of surface plasmon resonances in colloidal silver nanoplates. Zeitschrift für Physikalische Chemie. 2021;235(12):1831–1848. DOI: 10.1515/zpch-2020-1786.
  24. Sthoer A, Hladílková J, Lund M, Tyrode E. Molecular insight into carboxylic acid-alkali metal cations interactions: reversed affinities and ion-pair formation revealed by non-linear optics and simulations. Physical Chemistry Chemical Physics. 2019;21:11329–11344. DOI: 10.1039/c9cp00398c.
  25. Wang D, Nap RJ, Lagzi I, Kowalczyk B, Han S, Grzybowski BA, et al. How and why nanoparticle’s curvature regulates the apparent pKa of the coating ligands. Journal of the American Chemical Society. 2011;133(7):2192–2197. DOI: 10.1021/ja108154a.
  26. Kakiuchi T, Iida M, Gon N, Hobara D, Imabayashi S-I, Niki K. Miscibility of adsorbed 1-undecanethiol and 11-mercaptoundecanoic acid species in binary self-assembled monolayers on Au(111). Langmuir. 2001;17(5):1599–1603. DOI: 10.1021/la0014757.
  27. Kong B-K, Kim Y-S, Choi IS. pH-dependent stability of self-assembled monolayers on gold. Bulletin of the Korean Chemical Society. 2008;29(9):1843–1846. DOI: 10.5012/bkcs.2008.29.9.1843.
Опубликован
2022-03-16
Ключевые слова: коллоидные наночастицы серебра, нанопластины серебра, коллоидная стабильность, лигандный слой
Поддерживающие организации Работа выполнена в рамках задания 2.1.04.01 государственной программы научных исследований «Химические процессы, реагенты и технологии, биорегуляторы и биооргхимия». Частичная финансовая поддержка осуществлялась за счет гранта Всемирной федерации ученых (CERN, Швейцария). Авторы выражают благодарность К. В. Скроцкой за помощь в проведении ПЭМ-исследований.
Как цитировать
Малаховский, П. О., Рашкевич, А. В., Минаков, Е. А., & Артемьев, М. В. (2022). Агрегативная устойчивость коллоидных 3D- и 2D-наночастиц серебра, стабилизированных 11-меркаптоундекановой кислотой, в присутствии однозарядных катионов. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 1, 3-17. https://doi.org/10.33581/2520-257X-2022-1-3-17
Выпуск
№ 1 (2022): Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2022 Журнал Белорусского государственного университета. Химия

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).