Оптически активные пленки на основе органозоля серебра, стабилизированного АОТ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом погружения на полистирольной подложке получены композитные пленки на основе органозоля серебра, стабилизированного анионным ПАВ (АОТ, бис(2-этилгексил)сульфосукцинатом натрия). Показано, что формирование пленок сопровождается образованием цепочечных агрегатов серебра с межчастичным расстоянием больше диаметров частиц. При этом образование агрегатов не изменяет оптические свойства наночастиц. Полученные пленки демонстрируют сигнал плазмонного поглощения, и отсутствует делокализация плазмонов. Установлено, что варьирование числа погружений подложки в золь позволяет влиять на интенсивность сигнала плазмонного поглощения, а также функциональные свойства конечных покрытий: морфологию, шероховатость (от 9 ± 2 до 25 ± 4 нм), толщину (от 585 ± 13 до 831 ± 28 нм) и смачиваемость поверхности водой (от 36 ± 6 до 53 ± 9°).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Бочаров

Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: kolodin@niic.nsc.ru
Россия, пр. ак. Лаврентьева, 3, Новосибирск, 630090

В. С. Суляева

Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук

Email: kolodin@niic.nsc.ru
Россия, пр. ак. Лаврентьева, 3, Новосибирск, 630090

А. Н. Колодин

Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук

Email: kolodin@niic.nsc.ru
Россия, пр. ак. Лаврентьева, 3, Новосибирск, 630090

Список литературы

  1. Acharya B., Behera A., Behera S. Optimizing drug discovery: Surface plasmon resonance techniques and their multifaceted applications // Chemical Physics Impact. 2024. V. 8. P. 100414. https://doi.org/10.1016/j.chphi.2023.100414
  2. Olaru A., Bala C., Jaffrezic-Renault N., et al. Surface plasmon resonance (SPR) biosensors in pharmaceutical analysis // Critical Reviews in Analytical Chemistry. 2015. V. 45. № 2. P. 97–105. https://doi.org/10.1080/10408347.2014.881250
  3. Libánská A., Špringer T., Peštová L., et al. Using surface plasmon resonance, capillary electrophoresis and diffusion-ordered NMR spectroscopy to study drug release kinetics // Communications Chemistry. 2023. V. 6. № 1. P. 180. https://doi.org/10.1038/s42004-023-00992-5
  4. Gaudreault J., Forest-Nault C., de Crescenzo G., et al. On the use of surface plasmon resonance-based biosensors for advanced bioprocess monitoring // Processes. 2021. V. 9. № 11. P. 1996. https://doi.org/10.3390/pr9111996
  5. Du Y., Qu X., Wang G. Applications of surface plasmon resonance in biomedicine // Highlights in Science, Engineering and Technology. 2022. V. 3. P. 137–143. https://doi.org/10.54097/hset.v3i.702
  6. Das S., Devireddy R., Gartia M.R. Surface plasmon resonance (SPR) sensor for cancer biomarker detection // Biosensors. 2023. V. 13. № 3. P. 396. https://doi.org/10.3390/bios13030396
  7. Janith G.I., Herath H.S., Hendeniya N., et al. Advances in surface plasmon resonance biosensors for medical diagnostics: An overview of recent developments and techniques // Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis Open. 2023. V. 2. P. 100019. https://doi.org/10.1016/j.jpbao.2023.100019
  8. Qi M., Lv D., Zhang Y., et al. Development of a surface plasmon resonance biosensor for accurate and sensitive quantitation of small molecules in blood samples // Journal of Pharmaceutical Analysis. 2022. V. 12. № 6. P. 929–936. https://doi.org/10.1016/j.jpha.2022.06.003
  9. Mariani S., Minunni M. Surface plasmon resonance applications in clinical analysis // Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2014. V. 406. № 9–10. P. 2303–2323. https://doi.org/10.1007/s00216-014-7647-5
  10. Mousavi S.M., Hashemi S.A., Kalashgrani M.Y., et al. Biomedical applications of an ultra-sensitive surface plasmon resonance biosensor based on smart MXene quantum dots (SMQDs) // Biosensors. 2022. V. 12. № 9. P. 743. https://doi.org/10.3390/bios12090743
  11. Liu W., Liu C., Wang J., et al. Surface plasmon resonance sensor composed of microstructured optical fibers for monitoring of external and internal environments in biological and environmental sensing // Results in Physics. 2023. V. 47. P. 106365. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2023.106365
  12. Zhang P., Chen Y.P., Wang W., et al. Surface plasmon resonance for water pollutant detection and water process analysis // TrAC – Trends in Analytical Chemistry. 2016. V. 85. № С. P. 153–165. https://doi.org/10.1016/j.trac.2016.09.003
  13. Tortolini C., Frasconi M., di Fusco M., et al. Surface plasmon resonance biosensors for environmental analysis: General aspects and applications // International Journal of Environment and Health. 2010. V. 4. № 4. P. 305–322. https://doi.org/10.1504/IJENVH.2010.037496
  14. Brulé T., Granger G., Bukar N., et al. A field-deployed surface plasmon resonance (SPR) sensor for RDX quantification in environmental waters // Analyst. 2017. V. 142. № 12. P. 2161–2168. https://doi.org/10.1039/c7an00216e
  15. Zain H.A., Batumalay M., Harith Z., et al. Surface plasmon resonance sensor for food safety // Journal of Physics: Conference Series. 2022. V. 2411. P. 012023. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2411/1/012023
  16. Ravindran N., Kumar S., Yashini M., et al. Recent advances in surface plasmon resonance (SPR) biosensors for food analysis: a review // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2023. V. 63. № 8. P. 1055–1077. https://doi.org/10.1080/10408398.2021.1958745
  17. Balbinot S., Srivastav A.M., Vidic J., et al. Plasmonic biosensors for food control // Trends in Food Science and Technology. 2021. V. 111. P. 128–140. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.02.057
  18. Ansari M.T.I., Raghuwanshi S.K., Kumar S. Recent advancement in fiber-optic-based SPR biosensor for food adulteration detection – A review // IEEE Transactions on Nanobioscience. 2023. V. 22. № 4. P. 978–988. https://doi.org/10.1109/TNB.2023.3278468
  19. Babu R.S., Colenso H.R., Gouws G.J., et al. Performance enhancement of an Ag–Au bimetallic SPR sensor: A theoretical and experimental study // IEEE Sensors Journal. 2023. V. 23. № 10. P. 10420–10428. https://doi.org/10.1109/JSEN.2023.3265896
  20. Демидова М.Г., Колодин А.Н., Максимовский Е.А., Булавченко А.И. Получение, оптические свойства и смачиваемость двусторонних пленок на основе нанокомпозита серебро–сорбитан моноолеат // Журнал Физической Химии. 2020. Т. 94. № 8. С. 1256–1262. https://doi.org/10.31857/s0044453720080063
  21. Kolodin A.N., Korostova I.V., Sulyaeva V.S., et al. Au@AOT films with adjustable roughness, controlled wettability and plasmon effect // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2021. V. 629. P. 127375. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.127375
  22. Mahmudin L., Ulum M.S., Farhamsa D., et al. The effect of variation of reducing agent concentration on optical properties of silver nanoparticles as active materials in surface plasmon resonance (SPR) biosensor // Journal of Physics: Conference Series. 2019. V. 1242. P. 012027. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1242/1/012027
  23. Silva A.L.C.M.D., Gutierres M.G., Thesing A., et al. SPR biosensors based on gold and silver nanoparticle multilayer films // Journal of the Brazilian Chemical Society. 2014. V. 25. № 5. P. 928–934. https://doi.org/10.5935/0103-5053.20140064
  24. Rodrigues R. da R., Pellosi D.S., Louarn G., et al. Nanocomposite films of silver nanoparticles and conjugated copolymer in natural and nano-form: structural and morphological studies // Materials. 2023. V. 16. № 10. P. 3663. https://doi.org/10.3390/ma16103663
  25. Kolodin A.N., Bulavchenko O.A., Syrokvashin M.M., et al. Conductive silver films with tunable surface properties: thickness, roughness and porosity // Applied Surface Science. 2023. V. 629. № 4. P. 157392. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.157392
  26. Полеева Е.В., Арымбаева А.Т., Булавченко О.А., Плюснин П.Е., Демидова М.Г., Булавченко А.И. Получение серебряных электропроводящих пленок из электрофоретических концентратов, стабилизированных сорбитана моноолеатом и бис (2-этилгексил)сульфосукцинатом натрия в н-декане // Коллоидный журнал. 2020. Т. 82. № 3. С. 346–353. https://doi.org/10.31857/s0023291220030076
  27. Колодин А.Н., Коростова И.В., Максимовский Е.А., Арымбаева А.Т., Булавченко А.И. Исследование дисперсности органозолей золота путем использования композитных пленок Au–AOT // Коллоидный журнал. 2020. Т. 82. № 5. С. 576–584. https://doi.org/10.31857/s0023291220050092
  28. Kolodin A.N. Hydrophilization and plasmonization of polystyrene substrate with Au nanoparticle organosol // Surfaces and Interfaces. 2022. V. 34. P. 102327. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2022.102327
  29. Поповецкий П.С., Булавченко А.И., Арымбаева А.Т., Булавченко О.А., Петрова Н.И. Синтез и электрофоретическое концентрирование Ag–Cu-наночастиц типа ядро–оболочка в микроэмульсии AOT в н-декане // Журнал Физической Химии. 2019. Т. 93. № 8. С. 1237–1242. https://doi.org/10.1134/s0044453719080235
  30. Шапаренко Н.О., Арымбаева А.Т., Демидова М.Г., Плюснин П.Е., Колодин А.Н., Максимовский Е.А., Корольков И.В., Булавченко А.И. Эмульсионный синтез и электрофоретическое концентрирование наночастиц золота в растворе бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия в н-декане // Коллоидный Журнал. 2019. Т. 81. № 4. С. 532–540. https://doi.org/10.1134/s0023291219040153
  31. Kolodin A.N., Syrokvashin M.M., Korotaev E.V. Gold nanoparticle microemulsion films with tunable surface plasmon resonance signal // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2024. V. 701. P. 134904. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2024.134904
  32. Surface Texture (Surface Roughness, Waviness, and Lay), New York: The American Society of Mechanical Engineers. 2003.
  33. Kwok D.Y., Neumann A.W. Contact angle measurement and contact angle interpretation // Advances in Colloid and Interface Science. 1999. V. 81. № 3. P. 167–249. https://doi.org/10.1016/S0001-8686(98)00087-6
  34. Owens D.K., Wendt R.C. Estimation of the surface free energy of polymers // Journal of Applied Polymer Science. 1969. V. 13. № 8. P. 1741–1747. https://doi.org/10.1002/app.1969.070130815
  35. Wu S. Polymer interface and adhesion. New York: CRC. 2017. https://doi.org/10.1201/9780203742860
  36. Bazaka K., Jacob M.V. Solubility and surface interactions of rf plasma polymerized polyterpenol thin films // Mater. Express. 2012. V. 2. № 4. P. 285–293. https://doi.org/10.1166/mex.2012.1086
  37. Ward H.C. Rough Surfaces (Thomas T.R. Ed.). London: Longman. 1982.
  38. Rajesh Kumar B., Subba Rao T. AFM studies on surface morphology, topography and texture of nanostructured zinc aluminum oxide thin films // Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures. 2012. V. 7. № 4. P. 1881–1889.
  39. Богданова Ю.Г., Должикова В.Д. Метод смачивания в физико-химических исследованиях поверхностных свойств твердых тел // Структура и динамика молекулярных систем. 2008. Т. 2. № 4-А. C. 124–133.
  40. Sapper M., Bonet M., Chiralt A. Wettability of starch-gellan coatings on fruits, as affected by the incorporation of essential oil and/or surfactants // LWT. 2019. V. 116. P. 108574. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.108574
  41. Bulavchenko A.I., Arymbaeva A.T., Demidova M.G., et al. Synthesis and concentration of organosols of silver nanoparticles stabilized by AOT: emulsion versus microemulsion // Langmuir. 2018. V. 34. № 8. P. 2815–2822. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.7b04071
  42. Поповецкий П.С., Арымбаева А.Т., Бордзиловский Д.С., Майоров А.П., Максимовский Е.А., Булавченко А.И. Синтез и электрофоретическое концентрирование наночастиц серебра в обратных эмульсиях бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия и получение на их основе проводящих покрытий методом селективного лазерного спекания // Коллоидный журнал. 2019. Т. 81. № 4. С. 501–507. https://doi.org/10.1134/s0023291219040116
  43. Полеева Е.В., Арымбаева А.Т., Булавченко А.И. Варьирование поверхностного заряда наночастиц золота в мицеллярных системах Span 80, AOT и Span 80 + AOT в н-декане // Журнал физической химии. 2020. Т. 94. № 11. С. 1664–1671. https://doi.org/10.31857/s0044453720110278
  44. Воробьев С.А., Флерко М.Ю., Новикова С.А., Мазурова Е.В., Томашевич Е.В., Лихацкий М.Н., Сайкова С.В., Самойло А.С., Золотовский Н.А., Волочаев М.Н. Синтез и исследование сверхконцентрированных органозолей наночастиц серебра // Коллоидный журнал. 2024. Т. 86. № 2. C. 193–203. https://doi.org/10.31857/S0023291224020047
  45. Estrada-Raygoza I.C., Sotelo-Lerma M., Ramírez-Bon R. Structural and morphological characterization of chemically deposited silver films // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2006. V. 67. № 4. P. 782–788. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2005.10.183
  46. Nayel H.H., AL-Jumaili H.S. Synthesis and characterization of silver oxide nanoparticles prepared by chemical bath deposition for NH3 gas sensing applications // Iraqi Journal of Science. 2020. V. 61. № 4. P. 772–779. https://doi.org/10.24996/ijs.2020.61.4.9

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1

Скачать (264KB)
Метаданные
3. Рис. 1. Данные АСМ: 2- и 3D-сканы (пунктиром отмечены участки записи профилей, стрелками указаны направления записи профилей), профили и функции распределения по высоте для подложки (а), пленок Ag@AOT (одно (б), два (в), три (г) и пять (д) погружений в золь) и пленок АОТ (одно (е), два (ж), три (з) и пять (и) погружений в обратно-мицеллярный раствор).

Скачать (795KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Данные поверхностного натяжения и смачивающей способности на полистирольной подложке для воды (а), н-декана (б), обратно-мицеллярного раствора (в), а также органозоля (г).

Скачать (138KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Измерения толщины пленок Ag@AOT (a – одно, б – пять погружений в органозоль): фотография края пленки, а также АСМ скан и профиль края поверхности пленки.

Скачать (483KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Спектры энергодисперсионного анализа (во вставке приведены распределения элементов в % по массе) и фотографии СЭМ (режим обратно рассеянных электронов) для подложки (а), пленок Ag@AOT (б) и AOT (в) (одно погружение в золь и обратно-мицеллярный раствор соответственно). Наличие спектральных линий золота на энергодисперсионных спектрах обусловлено нанесением проводящего слоя на поверхность образцов в процессе пробоподготовки.

Скачать (727KB)
Метаданные
7. Рис. 5. Карты распределения элементов ПАВ в подложке (а), а также пленках Ag@AOT (б) и AOT (в) (одно погружение в золь и обратно-мицеллярный раствор соответственно).

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 6. Гистограммы распределения вкладов дисперсионной и полярной составляющих поверхностной энергии (Esd и Esp соответственно) для полистирола, а также пленок Ag@AOT и AOT (пять погружений в золь и обратно-мицеллярный раствор соответственно): расчеты проведены по моделям Оуэнса-Вендта (а) и Ву (б).

Скачать (121KB)
Метаданные
9. Рис. 7. Спектры поглощения пленок Ag@AOT и исходного золя (отмечен пунктирной линией) (а), а также функции распределения наночастиц серебра в золе по диаметру металлического ядра (во вставке приведена фотография ПЭМ) (б) и гидродинамическому диаметру (1 – мода «пустых» мицелл, 2 – мода мицелл с наночастицами) (в).

Скачать (145KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025