Síntesis de nanopartículas de oro de varios tamaños mediante el método de reducción química con diferente polaridad del disolvente

Resumen

Se siguen protocolos complicados y estrictos para ajustar el tamaño de las nanopartículas de oro (GNP) en los métodos de síntesis química. En este estudio, abordamos la polaridad de los solventes como una herramienta para adaptar el tamaño de los PNB en el método de reducción química. Se han investigado los efectos del índice de polaridad variable del medio de reacción en la síntesis de nanopartículas de oro mediante el método de reducción química. Para sintetizar los GNP se utilizaron etanol como disolvente polar, mezcla de etanol y agua como medio de reacción, ácido L-ascórbico como agente reductor y polivinilpirrolidona como estabilizador. El índice de polaridad del medio de reacción se ajustó cambiando la relación en volumen de etanol a agua. Las caracterizaciones de UV-Vis, dispersión dinámica de luz (DLS) y microscopía electrónica de transmisión (TEM) revelan que el crecimiento de nanopartículas aumentó gradualmente (~ 22 a 219 nm de diámetro hidrodinámico) con un valor decreciente del índice de polaridad del medio de reacción (~ 8.2 a 5.2). Además, el alto índice de polaridad del medio de reacción produjo nanopartículas más pequeñas y esféricas, mientras que el índice de polaridad más bajo del medio de reacción da como resultado un tamaño mayor de GNP con diferentes formas. Estos resultados implican que el mecanismo de los fenómenos de crecimiento, ensamblaje y agregación de los GNP cubiertos por el ligando o estabilizador depende en gran medida de la polaridad de las moléculas de disolvente. Utilizando la metodología propuesta, se puede sintetizar una amplia gama de PNB con diferentes tamaños morfológicos simplemente modulando el porcentaje de volumen de disolvente orgánico en el medio de reacción.

Introducción

Las nanopartículas de oro (GNP) son reconocidas como candidatas potenciales en muchas áreas de aplicaciones de la ciencia y la ingeniería, incluida la terapia médica [1], la administración de fármacos [2], la detección química [3, 4], la catalización [5] y la electrónica [6]. aplicaciones debido a la resonancia de plasmón superficial (SPR) dependiente del tamaño y la forma [7], la afinidad con especies orgánicas y las propiedades de alta conductividad eléctrica [8] de los GNP. Teniendo en cuenta el aumento exponencial de la demanda de PNB, se presta mucha más atención a sintetizar nanopartículas monodispersas con tamaño y morfología controlables. Se han propuesto varios principios de diseño para controlar las propiedades de los GNP mediante la incorporación de diferentes reactivos, agentes estabilizantes o ligandos [9], condiciones de reacción que incluyen temperatura, pH y concentración [4], y medio disperso (como diferentes tipos de solventes). [10].

En la síntesis química de PNB, el método de Turkevich es un método prometedor en comparación con otros. En el método Turkevich, Au ³⁺ Los iones se reducen mediante un agente reductor suave como el citrato [11], el ácido ascórbico [12] y el ácido tánico [13] en un medio acuoso. En este proceso, se producen PNB biocompatibles y de tamaño relativamente pequeño. Sin embargo, el principal inconveniente de este método es un protocolo de proceso altamente controlable (temperatura, concentración y pH) que debe seguirse estrictamente para producir partículas monodispersas con tamaños deseables. Además, en un medio acuoso puro, el marcado de los GNP por moléculas de fármacos orgánicos y la modificación de la superficie con diferentes ligandos son difíciles debido a la menor solubilidad e hidrofobicidad del componente orgánico en el agua [14]. Por lo tanto, se presta atención a superar estas limitaciones del método de Turkevich optimizando el medio de reacción que controla significativamente las propiedades del solvente.

El solvente juega un papel importante en el crecimiento y ensamblaje de nanopartículas en el proceso de síntesis coloidal. La interacción entre la superficie de la nanopartícula y las moléculas de disolvente o la interacción entre las moléculas de disolvente y las moléculas de ligando influye considerablemente en el tamaño y la morfología de las partículas finales [15, 16]. Generalmente, en ausencia de los ligandos pasivos o del agente de remate, la fuerza de la doble capa eléctrica que controla el crecimiento de las partículas se rige predominantemente por la naturaleza de las moléculas de disolvente. En un índice de polaridad alto del medio disperso, una gran cantidad de iones cargados son adsorbidos por la superficie de las nanopartículas, por lo que se forma una fuerte doble capa eléctrica alrededor de las partículas coloidales [17]. Como resultado, el potencial zeta de las partículas aumenta y se evita que las partículas se agreguen al repelerse entre sí. Sin embargo, la carga de la superficie alrededor de las nanopartículas puede ser manipulada por la polaridad del solvente, y la interacción entre las partículas se controla antes de optimizar el tamaño y la forma [18]. Por ejemplo, Song et al . produjo un rango de 1 a 6 nm de GNP rematados con tiol en diferentes polaridades de disolvente orgánico [19]. Aunque se han propuesto pocos trabajos para optimizar el tamaño de los GNP en diferentes polaridades de disolvente, el tamaño de las partículas finales se encuentra entre un rango pequeño (menos de 20 nm) que no puede satisfacer completamente las principales aplicaciones de los GNP, como para la administración terapéutica y de fármacos. .

Por otro lado, en presencia de ligandos en el medio de reacción, las interacciones entre moléculas de solvente y ligandos afectan considerablemente el crecimiento y ensamblaje de nanopartículas. Estudios similares muestran que el medio no acuoso solvato moléculas de ligando orgánico en la solución coloidal protege a las nanopartículas de un mayor crecimiento y agregación en gran medida [20, 21]. Sin embargo, en determinadas circunstancias, como a una concentración más alta, un peso molecular más alto y una longitud alta de los ligandos pueden causar agregación o un alto crecimiento en las nanopartículas coloidales. En particular, diferentes tasas de hinchamiento y alargamiento de las moléculas de ligando en diferentes polaridades de los solventes desencadenan fácilmente el crecimiento y el ensamblaje de las nanopartículas en la síntesis coloidal [22]. Sin embargo, este efecto negativo puede convertirse en una herramienta para hacer crecer nanopartículas de tamaño controlable. Más que la participación directa del solvente en el crecimiento de nanopartículas, el concepto de gobernar las propiedades de los ligandos usando solvente puede permitir sintetizar GNPs con una amplia gama de escalas de tamaño.

Teniendo en cuenta la propuesta antes mencionada, este estudio propone un método para optimizar el tamaño y la morfología de los GNP controlando el ligando o estabilizador y las cargas superficiales utilizando el índice de polaridad del medio de reacción como herramienta. En este estudio, los GNP se sintetizaron mediante el método de reducción química utilizando ácido L-ascórbico como agente reductor y PVP como agente estabilizador. En comparación con las moléculas de agua, el índice de polaridad del etanol (disolvente orgánico polar seleccionado en este estudio) es menor. Por tanto, el índice de polaridad del medio de reacción se manipuló añadiendo etanol al agua en varias proporciones de volumen. A diferencia del método convencional de Turkevich, se espera sintetizar PNB con una amplia gama de PNB de tamaño preferible utilizando esta técnica propuesta en un solo paso con el protocolo mínimo.

Métodos

Material

HAuCl ₄ ∙ 3H ₂ O (≥ 99% en base a metales traza), ácido L-ascórbico cristalino, polivinilpirrolidona (PVP) K60 e hidróxido de sodio (NaOH) se adquirieron en Sigma-Aldrich (Missouri, EE. UU.). Se obtuvo etanol (ensayo del 99,90%) de J-Kollin Chemicals (Reino Unido) y agua bidestilada (ddH ₂ O) se obtuvo del laboratorio (Facultad de Ingeniería Química, UiTM, Malasia).

Preparación de nanopartículas de oro (GNP)

Los PNB coloidales se prepararon utilizando un enfoque de Turkevich modificado con ácido ascórbico [23]. En este método, se utilizó ácido L-ascórbico como agente reductor mientras que polivinilpirrolidina (PVP) como estabilizador. La solución de agente reductor se preparó disolviendo ácido L-ascórbico en etanol absoluto o en proporciones de 20%, 50% y 80% en volumen de mezcla de disolvente binario de etanol a agua. El volumen total de agua que se añadió a la mezcla de disolvente binario de etanol a agua se determinó de acuerdo con la Ec. (1). Además, la PVP se disolvió directamente en la mezcla de disolvente de ácido L-ascórbico / etanol a agua hasta la concentración final del 1% (p / v) bajo sonicación de bajo decibelio. Finalmente, el pH de la solución de agente reductor se ajustó a 10,5 desde su valor inicial agregando NaOH 2 M gota a gota.

$$ Volumen \ porcentaje \ de \ agua \ en \ disolvente \ mezcla \ \ left (\% \ right) =\ frac {V_w + {V} _ {GC}} {V_R} \ times 100 \ kern0.5em $$ ( 1)

donde el volumen de agua es V _W , el volumen de cloruro de oro es V _GC , y el volumen total de la mezcla de reacción es V _R .

La mezcla de reacción formadora de GNP se preparó inyectando rápidamente 5 mM de HAuCl ₄ solución acuosa a la solución de agente reductor. El volumen total de la mezcla de reacción se mantuvo en 20 ml de HAuCl ₄ y soluciones de ácido L-ascórbico. La concentración inicial de HAuCl ₄ y el ácido L-ascórbico en la mezcla de reacción final se estableció como 0,15 mM y 1,5 mM respectivamente con una relación molar de HAuCl ₄ al ácido L-ascórbico de 1:10. La mezcla de reacción se agitó vigorosamente a 800 rpm durante 30 min a temperatura ambiente y el coloide GNP resultante se filtró con papel de filtro de laboratorio Whatman antes de almacenarlo a 4 ° C para evitar una reacción continua.

Caracterización e instrumentación

Caracterización UV – vis

Los espectros de extinción UV visible de cada muestra de GNP se midieron a temperatura ambiente (25 ° C) utilizando un espectrofotómetro Agilent Cary 60 UV-Vis. La longitud de onda máxima de resonancia de plasmón de superficie (SPR) de los GNP resultantes se determinó a partir de los datos UV-Vis obtenidos para comparar el tamaño de partícula.

Distribución del tamaño de partículas y potencial zeta

El tamaño medio de partícula, la distribución del tamaño, el índice de polidispersión (PDI) y el potencial zeta de los PNB se midieron utilizando un instrumento Malvern Zetasizer nanoZS. El valor de PDI se calculó a partir de gráficos de distribución de tamaño de partículas de intensidad (PSD) de mediciones de dispersión de luz dinámica (DLS) usando la Ec. (2) [24]:

$$ PDI ={\ left (desviación \ estándar / media \ partícula \ tamaño \ derecha)} ^ 2 $$ (2)

Análisis del índice de polaridad de un disolvente mixto

La polaridad del medio de reacción se optimizó mezclando diferentes proporciones volumétricas de agua y disolvente orgánico. Además, el índice de polaridad neto de la mezcla resultante de agua y disolvente orgánico, P ′, Puede ser dado por Eq. (3) [25].

$$ {P} ^ {\ prime} =\ sum {p} _i ^ {\ prime} {\ varnothing} _i $$ (3)

donde, \ ({p} _i ^ {\ prime} \) es el índice de polaridad del solvente i y ∅ _i es la fracción de volumen de disolvente i en la mezcla. El índice de polaridad del agua destilada y el etanol absoluto fueron 9.0 y 5.2, respectivamente.

Microscopía electrónica de transmisión (TEM) y distribución del tamaño de partículas

Las muestras de GNP se sonicaron antes de la medición de TEM. A continuación, se dejaron caer gotas de las suspensiones / coloides sometidos a ultrasonidos sobre una rejilla de cobre Formvar de malla 200. La cuadrícula se colocó en un portamuestras de "inclinación única" y luego se insertó en un microscopio electrónico de transmisión doble Tecnai G2 20 FEI de 200 kV para obtener imágenes. Además, el análisis cuantitativo del tamaño de partícula y la distribución del tamaño de las imágenes TEM se analizaron utilizando el software de procesamiento de imágenes ImageJ.

Resultados y discusión

La Figura 1 muestra los espectros UV-Vis de los GNP coloidales sintetizados en diferentes proporciones volumétricas de mezcla de etanol a agua y disolvente. Normalmente, la máxima longitud de onda de absorción de SPR (λ _m ) del PNB depende del tamaño y la forma [26, 27]. Como se muestra en la Fig. 1, máximo λ _m del desplazamiento del PNB coloidal sintetizado hacia la derecha, lo que implica que el tamaño de los PNB sintetizados aumenta con una relación volumétrica creciente de etanol en agua. El máximo λ _m de los GNP coloidales sintetizados en mezclas de reacción que contienen etanol con 20% y 50% de porcentaje volumétrico aparece en la región más corta de longitudes de onda de absorción (514 nm y 520 nm), lo que implica que se produjeron tamaños pequeños de GNP en un porcentaje de volumen bajo de etanol. Además, el máximo λ _m de los GNP sintetizados en etanol a agua con un 80% de porcentaje volumétrico o etanol absoluto desplazado a las regiones de mayor longitud de onda a 575 nm y 561 nm respectivamente. Estos cambios indican la formación de un tamaño más grande y una tendencia amplia de los gráficos que implican las formas desiguales de los PNB.

Espectros UV-Vis de PNB en 20%, 50%, 80% y 100% porcentual en volumen de mezcla de solvente binario de etanol a agua

Los PNB sintetizados en diferentes porcentajes volumétricos de mezclas de etanol a agua con diferentes índices de polaridad se cuantificaron usando DLS, y la distribución de tamaño de los PNB obtenida se muestra en la Fig.2. Además, el tamaño medio de partícula, los valores de PDI de los PNB y la polaridad Los índices de mezclas de etanol-agua de PNB producidos se resumen en la Tabla 1. La Figura 2 muestra que la distribución del tamaño de la DLS aumenta con el aumento del porcentaje volumétrico de etanol. Los diámetros hidrodinámicos medios de los GNP en mezclas de disolventes que contienen etanol absoluto, 80%, 50% y 20% de porcentaje volumétrico de etanol a agua, fueron 154 ± 56,7, 219 ± 84,9, 28 ± 10,5 y 22 ± 4,6 nm, respectivamente (véase la Tabla 1). Estos resultados de DLS son similares a los hallazgos de UV-Vis de este estudio en el que se produjeron pequeñas partículas en un índice de polaridad alto de la mezcla de etanol y agua y viceversa.

Tendencias de distribución de tamaño de DLS de partículas de GNP en 20%, 50%, 80% y 100% de porcentaje en volumen de mezcla de solvente binario de etanol a agua

Los valores calculados del índice de polaridad de diferentes porcentajes de volumen de etanol a mezclas de solventes de agua se dan en la Tabla 1. El índice de polaridad de la mezcla de solventes binarios disminuye con un porcentaje volumétrico creciente de etanol (solvente orgánico) en la mezcla de solventes. En este documento, los resultados de UV-Vis y DLS de este estudio revelan que el tamaño más pequeño de los GNP se produjo en el medio de reacción con índice de polaridad alto, mientras que el tamaño más grande de los PNB se produjo en el medio de reacción con índice de polaridad bajo. Ha sido bien estudiado que tanto el solvente como los ligandos juegan un papel importante en el control del crecimiento y ensamblaje de nanopartículas en el proceso de síntesis de nanopartículas coloidales. Durante la formación de nanopartículas, las moléculas de disolvente y las moléculas de ligando controlan y ralentizan el crecimiento de las partículas bloqueando los sitios de unión de la superficie. Sin embargo, en determinadas condiciones, como la diferente polaridad de la mezcla de disolventes, las moléculas de disolvente y las moléculas de ligando también pueden desencadenar el crecimiento y el ensamblaje de nanopartículas en soluciones coloidales. De acuerdo con esta afirmación, los resultados de UV-Vis y DLS muestran que el crecimiento y ensamblaje de los GNP cubiertos con PVP aumentó con el aumento del porcentaje de volumen de etanol en la mezcla de solventes binarios. Para validar estos hallazgos, el mecanismo correspondiente para el crecimiento de los GNP cubiertos con PVP en una mezcla de solvente binario de etanol-agua se puede interpretar en dos etapas (como se muestra en la Fig. 3) que son el crecimiento causado por el solvente y el crecimiento inducido por el ligando.

Etapas de crecimiento de GNP en solución coloidal en presencia de moléculas de ligando de cadena polimérica larga donde el crecimiento de GNP está gobernado por ( a ) moléculas de disolvente y ( b ) moléculas de ligando

En la primera etapa, después de la nucleación de los monómeros, el crecimiento de los GNP se rige por las moléculas de disolvente. En la solución coloidal, las moléculas de solvente de alta polaridad distribuyen una alta carga superficial en la superficie de la nanopartícula y construyen una fuerte doble capa eléctrica que evita que las partículas crezcan más, mientras que las moléculas de solvente de bajo índice de polaridad forman una doble capa eléctrica débil alrededor de las partículas, lo que resulta en un mayor crecimiento o agregación [28]. La correlación entre la carga superficial y el índice de polaridad de la reacción se puede explicar usando la ecuación de Poisson dada en la Ec. (4) [29].

$$ \ varepsilon {\ varepsilon} _o \ frac {d ^ 2 \ psi (x)} {d {x} ^ 2} =- \ rho (x) \ kern4em $$ (4)

donde ρ es la densidad de carga, ψ es el potencial eléctrico, ε es la permitividad del vacío, ε _o es la constante dieléctrica, y x es la distancia entre la superficie de la partícula.

Según Eq. (4), densidad de carga en la superficie de la nanopartícula ( ρ ) es proporcional a la constante dieléctrica ( ε _o ) del entorno que se rige por el índice de polaridad del medio. En este estudio, el valor del índice de polaridad de los disolventes correspondientes se puede ordenar como agua> etanol. Por lo tanto, el medio disperso que tiene un mayor porcentaje volumétrico de agua puede ofrecer una mayor carga superficial a la superficie GNP debido a la alta polaridad. Además, el ácido ascórbico actúa como un agente reductor para donar el electrón a la sal metálica para formar una nanopartícula de oro. El ácido ascórbico tiene una mayor solubilidad en agua pura que el etanol absoluto, por lo que se forman más enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua. Además, la mayor solubilidad podría promover una mayor transferencia de electrones libres para una nucleación rápida de Au ⁰ monómeros que conducen a un crecimiento lento de los PNB [30]. Debido a estos hechos, la tasa de crecimiento de los PNB se invirtió al valor del índice de polaridad de la mezcla de etanol y disolvente de agua.

En la segunda etapa, se planteó la hipótesis de que el crecimiento y ensamblaje de los GNP estaban gobernados predominantemente por moléculas de ligando (PVP) (véase la figura 3 (b)). En presencia de moléculas de ligando en la solución coloidal, los ligandos se adsorben o se unen covalentemente con la superficie de la nanopartícula y evitan que las nanopartículas crezcan y se ensamblen más controlando la energía interfacial entre la superficie de la partícula y el solvente o creando fuerzas repulsivas entre ligandos similares revestidos partículas [28]. Sin embargo, si las moléculas de ligando adsorbidas tienen una alta concentración, una cadena polimérica larga o un peso molecular alto, forman una cola, un tren y un bucle en la solución coloidal. Como se muestra en la Fig. 3 (b), estas colas, trenes y bucles que sobresalen de las cadenas de ligandos forman un puente entre las nanopartículas e inducen la floculación en los coloides [31]. Esta floculación puente en nanopartículas puede promover el crecimiento secundario mediado por semillas en nanopartículas, por lo que las partículas pueden crecer fácilmente. En este estudio, se utilizó 1% (p / v) de PVP para estabilizar los PNB en solución coloidal. PVP es una molécula anfifílica que tiene una cabeza hidrófila (que consta de especies C =O y N) y una cadena posterior de hidrocarburos altamente hidrófobos. En el disolvente orgánico polar, las moléculas orgánicas tienen una gran afinidad tanto con el grupo carboxílico como con la cola de hidrocarburo del esqueleto de PVP como se muestra en la Fig. 4 (a). Sin embargo, simplemente en un medio acuoso, las moléculas de agua solo pueden unirse con la cabeza carboxílica de PVP a través de un enlace de hidrógeno, y las colas hidrófobas permanecen en la suspensión de forma independiente como se muestra en la Fig. 4 (b). Por tanto, las moléculas de PVP se solvatan y se hinchan en un disolvente orgánico en mayor medida que el medio acuoso puro [21]. Como prueba, Guettari et al. investigó el comportamiento del polímero PVP en diferentes porcentajes volumétricos de mezcla de etanol a agua y disolvente. Los resultados experimentales con el modelado de interacción eficaz del disolvente con el polímero (ESIP) de este trabajo confirman que el radio hidrodinámico y la interacción polímero-polímero de las moléculas de PVP aumentan con el aumento de la fracción molar de etanol [32]. Este tamaño globular creciente de las moléculas de PVP en un porcentaje de volumen más alto de etanol mejora la unión de los GNP y da como resultado un alto crecimiento o ensamblaje. Por lo tanto, se concluyó que el 1% (p / v) altamente extendido de las cadenas de PVP floculaba las partículas y formaba la forma diferente de ensamblaje o agregación de los PNB que conducen a un alto crecimiento en una alta proporción volumétrica de etanol [33,34,35]. .

( a ) Interacción entre moléculas de etanol y moléculas de PVP y ( b ) Interacción entre H ₂ Moléculas de O y moléculas de PVP

Además, se analizó la influencia de las moléculas de ligando en el crecimiento y el ensamblaje de las nanopartículas en el índice de polaridad variable de la mezcla de etanol y disolvente de agua mediante el potencial zeta de los GNP resultantes. Los valores de potencial zeta de los PNB que se sintetizaron en una relación volumétrica diferente de etanol a agua se muestran en la Fig. 5. Los resultados obtenidos muestran que los valores de potencial zeta de los PNB estabilizados por PVP disminuyen al aumentar el porcentaje de volumen de etanol. En general, el polímero desplaza el plano de deslizamiento de la doble capa eléctrica de las partículas, lo que puede cambiar el valor del potencial zeta. Los cambios en el valor del potencial zeta dependen de la carga superficial interfacial y de la cantidad de polímero adsorbido [22]. Estudios similares encontraron que el valor potencial zeta de los PNB con tope total de PVP es de aproximadamente - 6 mV [23, 36]. Además, este valor de potencial zeta negativo puede aumentar al disminuir la cantidad de adsorción PVP en la superficie GNP [22]. Por lo tanto, el valor más bajo obtenido de potencial zeta (-5,53 mV) en etanol absoluto indica que los GNP sintetizados estaban completamente rodeados por moléculas de PVP. Por otro lado, los valores de potencial zeta disminuyeron al aumentar la proporción volumétrica de etanol implícitamente que el PVP se adsorbió en un alto grado en una proporción volumétrica alta de disolvente orgánico (etanol).

Los valores de potencial Zeta de PVP estabilizaron los PNB en 20%, 50%, 80% y 100% de porcentaje en volumen de mezcla de solvente binario de etanol a agua

Las imágenes TEM de los GNP sintetizados en diferentes índices de polaridad de mezclas de solventes de etanol a agua se muestran en la Fig. 6. Las Figuras 6 (a) y (b) muestran que 9,7 nm y 13,9 nm de nanopartículas casi esféricas se produjeron en 20% y 50 % de porcentaje volumétrico de etanol a mezcla de disolventes de agua, respectivamente. Por otro lado, la Fig. 6 (c) muestra las imágenes típicas de los PNB en un porcentaje volumétrico del 80% de la mezcla de etanol y agua. Las imágenes TEM revelan que la forma irregular [37] y el tamaño más grande (aproximadamente 53,1 nm) de GNP se formaron en un porcentaje volumétrico del 80% de solución de etanol, y estas partículas se agregaron en la solución coloidal. De manera similar, también se produjo en etanol absoluto un diámetro medio de 37,2 nm de forma relativamente más grande e irregular de PNB. Estos resultados cumplen con los resultados previos de UV-Vis y DLS de este estudio, en el cual el mayor tamaño de partículas se formó debido al bajo valor del índice de polaridad del medio de reacción que como consecuencia del crecimiento de partículas y ensamblaje causado por el PVP altamente extendido cadena de polímero en índice de polaridad bajo de mezcla de etanol-disolvente.

Colores, imágenes TEM y distribución del tamaño de la suspensión de GNP producida en varios porcentajes de volumen de etanol en agua con ( a ) 20%, ( b ) 50%, ( c ) 80% y ( d ) 100% de etanol

Vale la pena informar que el tamaño de los PNB en 80% de porcentaje volumétrico de etanol a agua es mayor que el tamaño de PNB en etanol absoluto.

Las Figuras 7 (a) y (d) comparan las imágenes TEM de los PNB en una relación volumétrica del 80% de etanol a agua y etanol absoluto, respectivamente. Los PNB se agregaron como grupos (Fig. 7 (a – c)) y se alinearon linealmente (Fig. 7 (a) y (b)) en una proporción volumétrica de 80% de etanol, mientras que los PNB en etanol absoluto permanecieron como partículas discretas con menos agregación (Fig. 7d). Planteamos la hipótesis de que la composición del 80% de etanol en agua aumentaba rápidamente la energía superficial de las partículas primarias de GNP debido a la interacción asimétrica de las moléculas de agua y etanol con la cadena de polímero PVP y las superficies de las nanopartículas. Por lo tanto, las partículas agregadas por el mecanismo de unión orientada formaron nanoclusters de mayor tamaño para minimizar esta energía superficial [38, 39]. Además, la alineación lineal de los GNP en el 80% de etanol con respecto al agua se atribuyó a la interacción dipolo-dipolo de las partículas que resultó de la interacción asimétrica de las moléculas de agua y etanol con la cadena del polímero PVP [40]. Además, se observó que el diámetro hidrodinámico medio de los GNP obtenidos utilizando DLS era mayor que el tamaño calculado a partir de imágenes TEM. En este estudio, los GNP se sintetizaron en una cantidad excesiva de solución de polímero PVP. Por lo tanto, la técnica DLS midió no solo el diámetro de las partículas, sino también la capa de polímero de cobertura con cola, tren y bucle de polímero alargados. Además, el DLS puede medir el tamaño de los flóculos en lugar de las partículas individuales (por ejemplo, 80% de etanol en una muestra de PNB de agua). En consecuencia, el tamaño promedio de los PNB medidos con DLS fue mayor que con TEM.

Imágenes TEM de GNP ( a ), ( b ) y ( c ) partículas agregadas en 80% de porcentaje volumétrico de etanol ( d ) partículas discretas en etanol al 100%

Conclusión

En este estudio, se ha discutido la síntesis de PNB selectivos por tamaño usando la polaridad del solvente orgánico como variable. La influencia de la polaridad del solvente en el crecimiento del GNP se ha investigado sintetizando los GNP cubiertos con PVP en etanol y mezclas de etanol-agua en ácido L-ascórbico. Los espectros UV-vis y las mediciones de DLS confirmaron que el tamaño de las partículas aumenta con la disminución del índice de polaridad del solvente. Con base en estos resultados, el crecimiento de los PNB se controló en dos etapas durante el proceso de reducción química. El crecimiento de las partículas fue controlado inicialmente por las moléculas de disolvente formando una fuerte capa doble alrededor de la nanopartícula. Luego, el ensamblaje y la estabilidad de los GNP se rigen por el estabilizador o las moléculas de ligando en la segunda etapa. Sin embargo, el crecimiento de los GNP aumenta con la disminución del índice de polaridad del medio de reacción en ambas etapas. Los colores finales de los PNB suspendidos y las imágenes TEM implican las morfologías de los PNB producidos. En particular, la alta polaridad de la mezcla de disolventes dio como resultado GNP de forma esférica, y el entorno de bajo índice de polaridad dio como resultado una forma irregular de los GNP. Esta investigación abordó un nuevo enfoque para sintetizar varios tamaños y formas de GNP en un solo paso aprovechando el crecimiento y ensamblaje de partículas dependientes del índice de polaridad del solvente.

Disponibilidad de datos y materiales

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este estudio. El conjunto de datos sin procesar obtenido y analizado durante el trabajo experimental está disponible del autor correspondiente a solicitud razonable.

Abreviaturas

PNB:: Nanopartículas de oro
NP:: Nanopartículas
PVP:: Polivinilpirrolidona
TEM:: Microscopía electrónica de transmisión
DLS:: Dispersión de luz dinámica
PDI:: Índice de polidispersidad

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