Наночастицы различных типов можно быстро и надолго связать с твердой подложкой, если использовать для этого один из наиболее эффективных методов синтеза - клик-химию. Новый метод был представлен группой исследователей из Института физической химии Польской академии наук, Варшава, Польша.
Небольшое движение руки, характерный щелчок! - а застежка-молния быстро и надежно застегивает нашу одежду. Один из новейших методов синтеза в современной химии, клик-химия, работает на аналогичной основе. Здесь молекулы объединяются, образуя новые химические соединения с помощью химических «щелчков». Этот метод до сих пор использовался в основном для синтеза более сложных органических соединений. Теперь в Институте физической химии Польской академии наук (IPC PAS) в Варшаве, Польша, им удалось показать, что химические защелки могут быстро, эффективно и надолго связывать гораздо более крупные структуры: наночастицы золота со стеклоуглеродной подложкой..
Основная идея клик-химии была сформулирована в последние годы прошлого века. Он был вдохновлен природой, среди прочего, большим количеством белков, которые возникают из разнообразных комбинаций аминокислот с одной и той же связью (пептид). Химия по клик-методу имеет массу преимуществ. Многие реакции протекают при низких температурах, кроме того, в одном растворителе, которым часто может быть экологически чистая вода. Более того, выход реакции высок: обычно ок. 80-90%. Универсальность, эффективность и селективность клик-химии сделали ее очень популярной, особенно в синтезе новых органических соединений.
Клик-химия похожа на построение новых структур из строительных блоков. Блоки могут быть различными химическими соединениями, важно, чтобы они имели совпадающие защелки. Проблема возникает, когда их нет. подумайте, можете ли вы каким-то образом прикрепить нужные защелки к заданному строительному блоку», - говорит д-р Йоанна Нидзюлка-Йонссон (IPC PAS).
Химики из Варшавы решили применять клик-химию не для химических веществ, как это было раньше, а для связывания наночастиц, то есть относительно крупных объектов, с твердыми субстратами.
Обычно наночастицы просто осаждаются на подложку и прикрепляются к ней посредством достаточно слабых физических, например электростатических, взаимодействий. Мы решили показать, что с помощью клик-химии их можно связать с подложкой ковалентными химическими связями. и, таким образом, навсегда», - подчеркивает д-р. Адам Лесневский (IPC PAS), обладатель гранта Iuventus Plus Министерства науки и высшего образования Польши, в рамках которого проводилось исследование.
Для образования связи исследователи из Института физической химии ПАН использовали известные химические «защелки»: группы из трех атомов азота (азиды), которые в присутствии катализатора могут соединяться с группы атомов углерода (концевые алкины), расположенные на концах других молекул. Когда они соединяются, две группы образуют устойчивые азот-углеродные (триазольные) кольца. В данном исследовании азидные группы располагались на подложке из стеклоуглерода, а концевые алкины вводились на поверхность наночастиц золота.
В более ранних исследованиях на ОЭС ПАВ катализатор, участвующий в реакции, получали химическим путем. В настоящее время для его получения используется электрохимический метод, в котором роль подложки играет подготовленный соответствующим образом угольный электрод.
Нам удалось отрегулировать условия всего процесса так, чтобы суспензия наночастиц золота в растворе, окружающем электрод, оставалась стабильной при поддержании соответствующей концентрации двух ионов меди и поддерживающего электролита. производство правильного катализатора, комплексов меди и самого связывания наночастиц с подложкой очень эффективно», - объясняет аспирант Юстина Матыевич (ИПЦ ПАН).
Использование электрического тока значительно сократило время реакции связывания наночастиц с подложкой.
«Мы работали с наночастицами золота и углеродными подложками, но наш метод универсален и в будущем его можно будет использовать для производства подложек из других материалов», - подчеркивает д-р Недзюлка-Йонссон.
Субстраты, произведенные варшавскими химиками, уже позволяют легко обнаруживать, среди прочего, нитриты в присутствии сульфитов. Сенсоры, построенные на основе таких подложек, можно использовать, например, для обнаружения наличия консервантов в пищевых продуктах. В будущем тип клик-химии, предложенный исследователями IPC PAS, может найти применение в производстве новых стабильных подложек для различных химических сенсоров и электродов, используемых в проточных системах.