Chemické pokusy s nanomateriály/Nanočástice zlata jako biosenzory

Z Wikiknih
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Nanočástice zlata jako biosenzory
Nanočástice Au biosenzory. Změna optických vlastností nanočástic zlata v závislosti na velikosti částice.jpg
Chemikálie Koloidní zlato a chlorid sodný
Pomůcky zkumavka, Stojan na zkumavky, pasteurova pipeta, kádinka a skleněná tyčinka
Typ pokusu základní škola a žákovský školní pokus
Časová náročnost 10 min
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Popis pokusu[editovat]

Pokus demonstruje schopnost nanočástic zlata měnit zbarvení disperze v závislosti na velikosti přítomných částic. Pokud jsou k disperzní směsi nanočástic zlata přidány elektrolyty (roztok NaCl nebo izotonické sportovní nápoje), dochází k destabilizaci přítomných částic a jejich agregaci (shlukování do větších objektů). Zvětšení částic přítomných ve směsi se projeví změnou jejího zabarvení.[1]

Princip[editovat]

Nanočástice zlata mění své optické vlastnosti v závislosti na velikosti částic. S velikostí částice se mění pohlcované a odražené vlnové délky elektromagnetického záření, které na částici dopadá. Se změnou odrážených vlnových délek se výrazně mění barva disperzí nanočástic. Čím menší je připravená částice, tím delší je odražená vlnová délka (posun k červené). V přítomnosti elektrolytů nebo jiných nabitých částic se nanočástice zlata shlukují do clusterů (větší objekty vznikající shlukováním nanočástic). K shlukování dojde na základě elektrostatické interakce mezi záporným povrchovým nábojem zlaté nanočástice a opačně nabitým ionem. Opačné náboje se vzájemně přitahují a nanočástice se shlukují ve větší objekty. Se zvětšujícím se rozměrem částic se mění jejich optická odezva. Proto čím více elektrolytů v roztoku, tím větší částice budou vznikat, a tím se bude optická odezva částice posouvat směrem ke kratším délkám (modrý posun).

Schopnost nanočástic zlata absorbovat záření se v praxi využívá k detekci biomolekul. Například je možné označit protilátky pomocí jejich navázání na nanočástice zlata. Pokud bude tento klastr (protilátka-nanočástice zlata) interagovat s elektromagnetickým zářením, bude možné pozorovat červené zbarvení kovové částice. Tento princip využívají například domácí těhotenské testy, ve kterých jsou nanočástice zlata naneseny v tenké vrstvě na testovací plochu. Těhotenské testy většinou detekují hormony, které jsou vylučovány v počátečních stádiích těhotenství v moči. Pokud je testovací plocha v roztoku, který obsahuje některý z detekovaných hormonů, dojde k navázání hormonu na částici zlata a vzniku komplexu nanočástice zlata-hormon. Pokud je koncentrace hormonu dostatečně vysoká objeví se na testovací ploše červený pruh.[2]

Postup[editovat]

Ilustrace popisující chemický pokus - Nanočástice zlata jako biosenzory. V ilustraci je znázorněn postup práce a schématické znázornění velikosti zlatých nanočástic a výsledných agregátů.
  1. K pokusu je třeba mít k dispozici disperzní směsi koloidního zlata. Koloidní zlato je možné zakoupit nebo připravit pomocí citrátové metody popsané v pokusu Změna optických vlastností nanočástic zlata (kroky postupu 1-3).
  2. Do kádinky si připravíme roztok chloridu sodného (0,68 mol/l) smícháním 1 g NaCl s 25 ml vody.
  3. Do dalších kádinek si připravíme roztoky sportovních izotonických nápojů obsahujících elektrolyty (například DrWitt, POWERACE, OSHEE).
  4. Do zkumavek nalijeme 2-3 ml disperzí koloidního zlata a pomocí Pasteurových pipet budeme postupně přikapávat malé množství jednotlivých roztoků z kádinek. Je vhodné si zkumavky fixem označit, pro přehled o jejich obsahu.
  5. Ihned po přidání roztoků obsahujících elektrolyty k disperzím koloidního zlata můžeme pozorovat shlukování částic do větších clusterů a tomu odpovídající barevnou změnu směsí. Barva směsi přechází z červené na tmavě fialovou. Podle intenzity barevné změny je možné srovnat obsah elektrolytů v jednotlivých sportovních nápojích a vybrat zástupce, který jich obsahuje největší množství.

Poznámky[editovat]

Reference[editovat]

  1. Mallmann, M. Nanotechnology in school. Sci. Sch. 70–7, 5 (2008).
  2. Rojanathanes, R. et al. Gold nanoparticle as an alternative tool for a urine pregnancy test. Taiwan. J. Obstet. Gynecol. 47, 296–299 (2008).