Белковое допирование ZnO плазмонными наночастицами для зондирования и оптики

Белковое допирование ZnO плазмонными наночастицами для зондирования и оптики

Недавно была исследована возможность белкового допирования оксида цинка частицами нанозолота (ZnO nano-Au) для датчиков и оптической безопасности. Опубликованная в журнале ACS Applied Nano Materials исследователи представляют новую технику получения композитов ZnO-нанозолото с использованием химерного белка.

<img alt=" оптические свойства, свойства сенсора, наночастицы "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38277_16383632018274811.jpg "width =" 1000 "height =" 667 "/>

Исследование: Допинг нанозолота ZnO: биоинорганическая парадигма для датчиков и приложений оптической безопасности. Изображение предоставлено: Сергей Нивенс / Shutterstock.com

Этот метод синтеза композитов ZnO-нано-Au предлагает гибкость первичной последовательности химерного белка, которая требуется в сенсорных технологиях и приложениях безопасности.

Области применения и ограничения нанокомпозитов ZnO-Gold

В последние два десятилетия нанокомпозиты оксид цинка-золото приобрели большой интерес как способ создания более эффективных фотоэлектрических и усовершенствованных каталитических устройств. Эти композиты состоят из нано- и микросборок ZnO, а также наноструктур золота (Au), каждая из которых имеет разные электрические и оптические характеристики.

Оксид цинка – это полупроводник n-типа с большой шириной запрещенной зоны, который демонстрирует значительное сродство к связыванию носителей заряда и заметные энергетические полосы в УФ и видимой областях. Изменяя процессы формирования слоев или синтеза и вводя в композиты легирующие добавки, оптические и электрические свойства ZnO могут быть изменены в соответствии с требованиями конкретного продукта, такого как светоизлучающие диоды (LED).

Хотя оксид цинка является потенциальным кандидатом для различных применений, таких как солнечные покрытия, светодиоды и датчики, его электрическое и оптическое использование затруднено из-за большой ширины запрещенной зоны УФ-излучения. Однако, создав ZnO с легирующими добавками, эти ограничения могут быть устранены.

Понятно, что наноразмерные металлические материалы, такие как золото, могут генерировать локализованные поверхностные плазмонные колебания, которые приводят к оптическому поглощению в видимом спектре при воздействии видимого света.

Морфология слоя и размер наночастиц, а также окружающая среда оказывают значительное влияние на место поглощения.

Гибкий допинг, опосредованный белками: новый метод

Предыдущие методы изготовления нанокомпозитов ZnO-Au включали нанесение нанозолота на поверхности ZnO, облучение, химическую обработку при нагревании, фотокаталитическое осаждение металлов и включение природных тиоловых линкеров.

Для создания покрытых золотом нанокомпозитов ZnO в последней методике используются предварительно синтезированные соединения ZnO и Au, которые соединяются с использованием органического тиолового линкера и затем высушиваются. Однако все эти методы либо дороги, либо чрезвычайно сложны.

В этом исследовании белковый линкер был заменен на встречающийся в природе тиоловый линкер, что позволило исследователям использовать уникальную пептидно-опосредованную технику одного горшка для производства наноматериалов ZnO-Au, в которых нанокристаллы Au включены в субстрат ZnO.

Белковый линкер представляет собой уникальную гибридную последовательность, сконструированную так, чтобы обладать особой способностью связывания ZnO и Au путем комбинирования связующего ZnO ​​с хорошо известным связующим Au, известным как A3. Использование белкового линкера вместо органического тиолового линкера обеспечивает большую гибкость и другие желаемые свойства нанокомпозитов, которые полезны в расширенных сенсорных приложениях, таких как биосенсоры и медицинская визуализация.

Как для композитов нано-Au, так и для ZnO, для изготовления материалов использовался процесс в одной емкости, что позволило пептиду более легко опосредовать образования. Реакционный раствор сначала культивировали при 20 градусах Цельсия в течение 24 часов, а затем нагревали до 68 градусов Цельсия в течение следующих 48 часов. После инкубации остаток удаляли из реакционной среды центрифугированием, что приводило к образованию нанокомпозитов ZnO-Au.

Результаты исследований

Было обнаружено, что в комплекс ZnO-Au были имплантированы короткие золотые интрузии с вершинами разного радиуса. Наблюдаемые особенности обусловлены агрегацией и сплавлением наночастиц золота с образованием термодинамически благоприятных характеристик.

Оптическое поглощение образовавшихся частиц демонстрирует классический край ZnO, характерный для зоны проводимости, с небольшим расширением спектральных характеристик ZnO в ZnO-ZA2-Au из-за включения в него частиц нано-Au. Кроме того, спектр композитов нанозолота ZnO показал спектральную характеристику, связанную с присутствием плазмонного резонанса Au в веществе ZnO-ZA2-Au, которое было исследовано с использованием методов Mie и FDTD.

Значение метода допинга, основанного на белках, в сенсорных приложениях

В этом исследовании исследователи представляют новый метод получения нанокомпозитов ZnO-Au с использованием гибких пептидных линкеров. Этот подход может быть использован для разработки композитов ZnO с плотной популяцией внедренных наночастиц золота, которые влияют на электронные и оптические свойства ZnO, что делает его пригодным для передовых приложений измерения.

Читать далее: Могут ли наночастицы создавать устойчивое освещение?

Ссылки

Оливер, Д. Дж. И др. (2021) ZnO Nanogold Doping: биоинорганическая парадигма для зондирования и приложений оптической безопасности. ACS Applied Nano Materials . Доступно по адресу: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsanm.1c03805[19459007provided

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Source link