RU2332352C1 - Nanocomposite material - Google Patents
Nanocomposite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2332352C1 RU2332352C1 RU2007109453/28A RU2007109453A RU2332352C1 RU 2332352 C1 RU2332352 C1 RU 2332352C1 RU 2007109453/28 A RU2007109453/28 A RU 2007109453/28A RU 2007109453 A RU2007109453 A RU 2007109453A RU 2332352 C1 RU2332352 C1 RU 2332352C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molecules
- nanoparticles
- particles
- nanocomposite material
- external light
- Prior art date
Links
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 17
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 abstract 1
- ZSKFSWRSZAEYOC-UHFFFAOYSA-N [4-[[4-(aminomethyl)phenyl]diazenyl]phenyl]methanamine Chemical compound C1=CC(CN)=CC=C1N=NC1=CC=C(CN)C=C1 ZSKFSWRSZAEYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 10
- 108010082845 Bacteriorhodopsins Proteins 0.000 description 9
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 9
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 9
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000987 azo dye Substances 0.000 description 8
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 8
- -1 azo compound Chemical class 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 125000004149 thio group Chemical group *S* 0.000 description 3
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003275 alpha amino acid group Chemical group 0.000 description 2
- CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N aspartic acid group Chemical group N[C@@H](CC(=O)O)C(=O)O CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N 0.000 description 2
- AQCDIIAORKRFCD-UHFFFAOYSA-N cadmium selenide Chemical compound [Cd]=[Se] AQCDIIAORKRFCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 125000000291 glutamic acid group Chemical group N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)* 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 2
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 2
- 206010073306 Exposure to radiation Diseases 0.000 description 1
- WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N Glutamic acid Natural products OC(=O)C(N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical group [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007697 cis-trans-isomerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005274 electronic transitions Effects 0.000 description 1
- 125000002485 formyl group Chemical class [H]C(*)=O 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000006317 isomerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 1
- 210000004896 polypeptide structure Anatomy 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003378 silver Chemical group 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нанотехнологии и направлено на создание нанокомпозиционных материалов с эффективно управляемыми оптическими свойствами, которые могут быть использованы в нелинейной оптике, информационной технике, при разработке средств оптической памяти и т.д.The invention relates to nanotechnology and is aimed at creating nanocomposite materials with effectively controlled optical properties that can be used in nonlinear optics, information technology, in the development of optical memory, etc.
Из уровня техники известны нанокомпозиционные материалы на основе наночастиц в сочетании со связующими компонентами (RU 2224710 С2, В82В 3/00, 2004; RU 2233791 С2, В82В 3/00, 2004; RU 2288167 С2, B82B 1/00, 2004). Однако качественный состав ингредиентов известных нанокомпозиционных материалов не содержит частиц с изменяемыми оптическими свойствами, что не позволяет управлять их оптическими свойствами, например люминесценцией, и ограничивает функциональные и технологические возможности нанокомпозиционных материалов.Nanoparticles based on nanoparticles in combination with binding components are known from the prior art (RU 2224710 C2, B82B 3/00, 2004; RU 2233791 C2, B82B 3/00, 2004; RU 2288167 C2, B82B 1/00, 2004). However, the qualitative composition of the ingredients of known nanocomposite materials does not contain particles with variable optical properties, which does not allow controlling their optical properties, for example, luminescence, and limits the functional and technological capabilities of nanocomposite materials.
Изобретение направлено на создание нанокомпозиционного материал с расширенными функциональными возможностями, обладающего способностью эффективно изменять свои оптические свойства под внешним воздействием, преимущественно, в виде светового излучения.The invention is directed to the creation of a nanocomposite material with enhanced functionality, with the ability to effectively change its optical properties under external influence, mainly in the form of light radiation.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в нанокомпозиционном материале на основе наночастиц, согласно изобретению, структура нанокомпозиционного материала дополнительно содержит промежуточные связующие молекулы-частицы, изменяющие пространственную конфигурацию под внешним световым воздействием, и связуемые молекулы-частицы с оптическими свойствами, проявляющимися вблизи наночастиц, при этом наночастицы, промежуточные связующие молекулы и связуемые молекулы последовательно соединены с образованием пространственной кластерной структуры.The solution to this problem is ensured by the fact that in the nanocomposite material based on nanoparticles, according to the invention, the structure of the nanocomposite material further comprises intermediate binder-particle molecules that change the spatial configuration under external light exposure, and bindable particle-molecules with optical properties that appear near the nanoparticles, In this case, nanoparticles, intermediate binder molecules and bound molecules are connected in series with the formation of spatial cluster structure.
Кроме того, промежуточные связующие молекулы-частицы нанокомпозиционного материала, изменяющие пространственную конфигурацию под внешним световым воздействием, могут содержать дополнительные включения - функциональные заместители, повышающие их связующие свойства.In addition, intermediate binder molecules-particles of a nanocomposite material that change the spatial configuration under external light exposure may contain additional inclusions - functional substituents that increase their binding properties.
Технический результат, который заключается в создании нанокомпозиционных материалов с расширенными функциональными возможностями - способностью эффективно изменять оптическими свойствами под внешним световом воздействием (и, соответственно, в расширение арсенала технических средств определенного назначения - нанокомпозиционных материалов), не следует из известного уровня техники и обусловлен наличием в нанокомпозиционном материале промежуточных связующих молекул-частиц, при воздействие на которые светом на определенных длинах волн происходит изменение их пространственной конфигурации, преимущественно длины, и, соответственно, расстояния между наночастицами, вблизи которых локализуются сильные электромагнитные поля, и связуемыми молекулами-частицами с оптическими свойствами, которые эффективно проявляются - изменяются вблизи наночастиц. При этом происходит изменение распределения - искажение электромагнитного поля связуемых молекул-частиц с оптическими свойствами, что вызывает изменение времени жизни возбужденных атомов и молекул последних, влияет на скорость электронных переходов, обусловливающих процессы поглощения и спонтанного излучения света и, соответственно, приводит к обратимому изменению спектральных характеристик и оптических свойств указанных нанокомпозиционных материалов в целом.The technical result, which consists in the creation of nanocomposite materials with enhanced functionality - the ability to effectively change optical properties under external light exposure (and, accordingly, to expand the arsenal of technical means for a specific purpose - nanocomposite materials), does not follow from the prior art and is due to the presence of nanocomposite material of intermediate binder molecules-particles, when exposed to light at certain lengths in ln a change their spatial configuration, primarily length, and accordingly, the distance between the nanoparticles, close to which are localized strong electromagnetic fields, and connectability molecules particles with optical properties that are efficiently manifested - change near nanoparticles. In this case, a change in the distribution occurs - a distortion of the electromagnetic field of the bound particle molecules with optical properties, which causes a change in the lifetime of the excited atoms and molecules of the latter, affects the rate of electronic transitions that determine the processes of absorption and spontaneous emission of light and, accordingly, leads to a reversible change in the spectral characteristics and optical properties of these nanocomposite materials as a whole.
В качестве наначастиц нанокомпозиционного материала при реализации заявленного способа могут быть использованы металлические (например, золотые), полупроводниковые или диэлектрические наночастицы сферической, эллипсоидальной, игловидной, стержневидной, пирамидальной или иной формы, при которой достигается наибольшая эффективность изменения свойств связуемых молекул.As nanoparticles of a nanocomposite material in the implementation of the claimed method, metal (for example, gold), semiconductor or dielectric nanoparticles of a spherical, ellipsoidal, needle-shaped, rod-shaped, pyramidal or other shape in which the greatest efficiency of changing the properties of the molecules being bonded can be used can be used.
В качастве связуемых молекул могут быть использованы частицы с люминесцентными, фотохромными, поляризующими или другими оптическими свойствами, эффективно проявляющимися - изменяющимися вблизи наночастиц (например, селенид кадмия).Particles with luminescent, photochromic, polarizing, or other optical properties that can be efficiently manifested and change near nanoparticles (for example, cadmium selenide) can be used as binding molecules.
В качестве связующих молекул, которые за счет образование химических связей обеспечивают устойчивость наноструктуры, могут быть использованы частицы, которые изменяют пространственную конфигурацию (например, изомеризоваться) при внешним световом воздействии с определенной длины волны (фотоиндуцированный переход), преимущественно, органические молекулы с двойной связью типа углерод-углерод, углерод-азот, азот-азот, и другие, способные к цис-трансизомеризации (например, молекулы азокрасителя), или под действием электрического поля (электрохромный переход).Particles that change the spatial configuration (for example, to be isomerized) when exposed to external light from a specific wavelength (photoinduced transition), mainly organic molecules with a double bond, can be used as binding molecules that, due to the formation of chemical bonds, ensure the stability of the nanostructure carbon-carbon, carbon-nitrogen, nitrogen-nitrogen, and others capable of cis-transisomerization (for example, azo dye molecules), or under the influence of an electric field (ele trohromny transition).
В качестве дополнительных включений - функциональных заместителей, повышающих связывающие свойства промежуточных связующих молекул, могут быть использованы, например, аминогруппа (-NH2), альдегидная (-СНО), тиогруппа (-SH), карбоксильная (-СООН) либо гидроксильная (-ОН), либо группировки, содержащие эти группы.As additional inclusions - functional substituents that enhance the binding properties of intermediate binder molecules, for example, amino group (-NH 2 ), aldehyde (-CHO), thio group (-SH), carboxyl (-COOH) or hydroxyl (-OH) can be used ), or groupings containing these groups.
Получают нанокомпозиционный материал следующим образом.Get nanocomposite material as follows.
В водную суспензии, например, наночастиц коллоидного золота диаметром 12÷15 нм вводят в соотношении 1:12 связующие молекулы - содержащие две тиогруппы частицы азокрасителя 4,4′-дитиометилазобензола, которые изменяют свою пространственную конфигурацию вследствие перехода из транссостояния в циссостояние при действии излучения на длине волны 365 нм и обратного перехода при действии видимого света на длине волны 435 нм, при этом длина молекулы-частицы азокрасителя изменяется с 9,5 нм на 5,5 нм и обратно. При смешивании на поверхности наночастиц золота формируется лигандная оболочка из связующих молекул-частиц азокрасителя. В полученную систему в том же соотношении к наночастицам золота 1:12 добавляют водную суспензию связуемых молекул - коллоидных частиц селенида кадмия (CdSe), на оптические свойствам которых оказывают эффективное влияние золотые наночастицы (при расстояния между частицами CdSe и золотыми наночастицами до 10 нм обеспечивается максимальное усиление фотолюминесценции частица CdSe до 5 раз, а при малых расстояниях порядка 5÷2 нм фотолюминесценция подавляется из-за резонансного переноса энергии от фотовозбужденных квантовых частиц CdSe к металлическим - золотым наночастицам). При этом происходит осаждение на свободных тиогруппах лигандной оболочки наночастиц золота связуемых молекул-частиц селенида кадмия (CdSe) с образованием макромолекул, формирующих пространственную кластерную структуру нанокомпозиционного материала. Приготовленную суспензию нанокомпозиционного материала помещают на зеркальную стеклянную подложку и высушивают до образования нанокомпозитной пленки.In an aqueous suspension, for example, of colloidal gold nanoparticles with a diameter of 12–15 nm, binders are introduced in a ratio of 1:12 — two molecules of thio group of azo dye containing 4,4′-dithiomethylazobenzene, which change their spatial configuration due to the transition from the trans state to the cis state under the action of radiation on a wavelength of 365 nm and the reverse transition when exposed to visible light at a wavelength of 435 nm, while the length of the azo dye molecule particles changes from 9.5 nm to 5.5 nm and vice versa. When mixed on the surface of gold nanoparticles, a ligand shell is formed from binder molecules of azo dye particles. In the obtained system, in the same ratio to 1:12 gold nanoparticles, an aqueous suspension of binderable molecules is added - colloidal particles of cadmium selenide (CdSe), the optical properties of which are effectively influenced by gold nanoparticles (with a distance between CdSe particles and gold nanoparticles up to the maximum enhancement of photoluminescence by a CdSe particle up to 5 times, and at small distances of the order of 5–2 nm, photoluminescence is suppressed due to resonant energy transfer from photo-excited CdSe quantum particles to metal - gold nanoparticles). In this case, deposition on free thio groups of the ligand shell of gold nanoparticles of the bonded cadmium selenide particle molecules (CdSe) with the formation of macromolecules forming the spatial cluster structure of the nanocomposite material. The prepared suspension of the nanocomposite material is placed on a mirror glass substrate and dried to form a nanocomposite film.
В процессе управления оптическими свойствами полученный нанокомпозиционный материал облучают в течение нескольких секунд излучением на длине волны 365 нм, переводящим все связующие молекулы-частицы азокрасителя в циссостояние, при котором расстояние между наночастицами золота и связуемыми молекулами-частицами селенида кадмия (CdSe) составляет 9,5 нм, что при возбуждении (облучении) нанокомпозиционного материала светом на длине волны 530 нм вызывает интенсивную красную люминесценцию на длине волны около 670 нм, соответствующую прямому межзонному переходу связуемых молекул-частиц селенида кадмия. Для изменения оптических свойств способный к интенсивной люминесценции нанокомпозиционный материал облучают в течение нескольких секунд светом с максимумом излучения вблизи 435 нм, что приводит к изомеризации связующих молекул-частиц азокрасителя (переводу молекул-частиц азокрасителя в транссостояние) и уменьшению расстояния между наночастицами золота и связуемыми молекулами-частицами селенида кадмия до 5,5 нм. При этом последующее возбуждение нанокомпозиционного материала светом на длине волны 530 нм вызывает люминесценции, но ее интенсивность уменьшается в несколько десятков раз. При повторном облучении светом на длине волны 365 нм полностью восстанавливается способность нанокомпозиционного материала к интенсивной красной люминесценции под действием возбуждающего излучения на длине волны 530 нм.In the process of controlling the optical properties, the obtained nanocomposite material is irradiated for several seconds with radiation at a wavelength of 365 nm, which transfers all the binder molecules-particles of the azo dye to the cis state, in which the distance between the gold nanoparticles and the bound molecules-particles of cadmium selenide (CdSe) is 9.5 nm, which upon excitation (irradiation) of a nanocomposite material with light at a wavelength of 530 nm causes intense red luminescence at a wavelength of about 670 nm, which corresponds to a direct inter Nome transition connectability molecular particles of cadmium selenide. To change the optical properties, a nanocomposite material capable of intense luminescence is irradiated for several seconds with light with a maximum radiation near 435 nm, which leads to the isomerization of azo-dye particle-molecule binders (azo-dye-particle molecules transfer to a trans state) and a decrease in the distance between gold nanoparticles and bound molecules -particles of cadmium selenide up to 5.5 nm. In this case, the subsequent excitation of the nanocomposite material with light at a wavelength of 530 nm causes luminescence, but its intensity decreases by several tens of times. Upon repeated irradiation with light at a wavelength of 365 nm, the ability of the nanocomposite material to intense red luminescence under the influence of exciting radiation at a wavelength of 530 nm is completely restored.
Заявленная структура нанокомпозиционного материала может быть использована в качестве средства для оптической записи и считывания информации благодаря возможности оперативного и поточечного управления оптическими свойствами следующим образом.The claimed structure of the nanocomposite material can be used as a means for optical recording and reading of information due to the possibility of operational and point-by-point control of optical properties as follows.
Нанокомпозиционный материал предварительно равномерно облучают светом на длине волны 435 нм, переводящим связующие молекулы-частицы азокрасителя в транссостояние. Затем этот нанокомпозиционный материал, характеризующийся низкой интенсивностью люминесценции, облучают поточечной засветкой через маску, например с отверстиями диаметром 0,3 мм, в течение десятой доли секунды сфокусированным излучением на длине волны 365 нм, переводящим связующие молекулы-частицы азокрасителя в циссостояние только в местах, соответствующих распределению отверстий в маске и подвергнутых облучению. При равномерном возбуждении нанокомпозиционного материала светом на длине волны 530 нм возникает точечная картина люминесценции, в точности повторяющая маску. Такая повторяющая маску точечная картина люминесценции сохраняется в темноте неограниченное время и может быть в любой момент воспроизведена возбуждением на длине волны 530 нм или стерта последующей равномерной засветкой излучением на длине волны 365 нм или 435 нм.The nanocomposite material is preliminarily uniformly irradiated with light at a wavelength of 435 nm, which transfers the binder molecules-particles of the azo dye into a trans state. Then this nanocomposite material, which is characterized by a low luminescence intensity, is irradiated with spotlight through a mask, for example, with holes with a diameter of 0.3 mm, for a tenth of a second by focused radiation at a wavelength of 365 nm, which transfers the binder molecules of the azo dye into cisstation only in places corresponding to the distribution of holes in the mask and exposed. When the nanocomposite material is uniformly excited by light at a wavelength of 530 nm, a point luminescence pattern appears, which exactly repeats the mask. Such a mask-like luminescence dot pattern remains in the dark for an unlimited time and can be reproduced at any time by excitation at a wavelength of 530 nm or erased by subsequent uniform exposure to radiation at a wavelength of 365 nm or 435 nm.
Пример 2.Example 2
Полупроводниковые люминесцентные наночастицы CdSe/ZnS со структурой типа ядро/оболочка диаметром 3,2 нм, полученные известным методом в гексане, осадили и ресуспендировали в водном растворе 4,4′-диаминометилазобензола. Азосоединение 4,4′-диаминометилазобензол способно изменять свою пространственную конфигурацию вследствие перехода из транссостояния в циссостояние при действии излучения на длине волны 365 нм и обратного перехода при действии видимого света на длине волны 435 нм, при этом длина молекулы азосоединения изменяется с 9,5 нм на 5,5 нм и обратно. Концентрация 4,4′-диаминометилазобензола была выбрана таким образом, чтобы на 1 мг наночастиц приходилось 5 мг 4,4′-диаминометилазобензола. Азосоединение формирует на поверхности наночастиц лигандную оболочку за счет взаимодействия одной аминогруппы и атома цинка, а другая аминогруппа остается свободной, что обуславливает агрегативную устойчивость наночастиц CdSe/ZnS. Свободные аминогруппы на поверхности наночастицы являются функциональными для пришивки к ним различных белковых молекул, в частности, фотохромного белка бактериородопсина. Пришивка бактериородопсина к поверхности наночастиц CdSe/ZnS, стабилизированных молекулами 4,4′-диаминометилазобензола, осуществляется за счет процессов самоорганизации, инициируемых взаимодействием положительно заряженных аминогрупп 4,4′-диаминометилазобензола и отрицательно заряженных карбоксильных групп остатков аспарагиновой и глютаминовой кислоты, входящих в аминокислотную последовательность полипептидной структуры бактериородопсина. Формирование нанокомпозиционного материала осуществляется смешиванием суспензии бактериородопсина и наночастиц CdSe/ZnS, стабилизированных молекулами 4,4′-диаминометилазобензола в молярном соотношении 8:1 и экспозицией полученного раствора в течение 2 часов.Semiconductor luminescent CdSe / ZnS nanoparticles with a core / shell structure 3.2 nm in diameter, obtained by the known method in hexane, were precipitated and resuspended in an aqueous solution of 4,4′-diaminomethylazobenzene. The azo compound of 4,4′-diaminomethylazobenzene is able to change its spatial configuration due to the transition from the trans state to the cis state under the action of radiation at a wavelength of 365 nm and the reverse transition under the action of visible light at a wavelength of 435 nm, while the length of the azo compound changes from 9.5 nm at 5.5 nm and vice versa. The concentration of 4,4′-diaminomethylazobenzene was chosen so that 1 mg of nanoparticles contained 5 mg of 4,4′-diaminomethylazobenzene. The azo compound forms a ligand shell on the surface of the nanoparticles due to the interaction of one amino group and a zinc atom, while the other amino group remains free, which determines the aggregative stability of CdSe / ZnS nanoparticles. Free amino groups on the surface of the nanoparticles are functional for attaching various protein molecules to them, in particular the photochromic bacteriorhodopsin protein. Bacteriorhodopsin is attached to the surface of CdSe / ZnS nanoparticles stabilized with 4,4′-diaminomethylazobenzene molecules due to self-organization processes initiated by the interaction of positively charged amino groups of 4,4′-diaminomethylazobenzene and negatively charged carboxylic acid groups of aspartic and glutamic acid residues entering the amino acid sequence of glutamic acid the polypeptide structure of bacteriorhodopsin. The nanocomposite material is formed by mixing a suspension of bacteriorhodopsin and CdSe / ZnS nanoparticles stabilized with 4,4′-diaminomethylazobenzene molecules in a 8: 1 molar ratio and exposing the resulting solution for 2 hours.
В сформированном нанокомпозиционном материале фотоцикл бактериородопсина претерпевал существенные изменения - при переводе молекулы 4,4′-диаминометилазобензола из транс- в циссостояние (уменьшение длины молекулы) наблюдалось увеличение времени жизни интермедиата М412 в 12,5 раз и квантовый выход реакции перехода БР570→М412 увеличивался с 20-25% до 40-50%.In the formed nanocomposite material, the bacteriorhodopsin photocycle underwent significant changes: when the 4,4′-diaminomethylazobenzene molecule was converted from the trans to cis state (decrease in the length of the molecule), the M412 intermediate increased its lifetime by 12.5 times and the quantum yield of the BR570 → M412 transition reaction increased from 20-25% to 40-50%.
Пример 3.Example 3
В водную суспензию металлических наночастиц серебра диаметром 21 нм вводят в соотношении 1:25 связующие молекулы 4,4′-диаминометилазобензола. Азосоединение 4,4′-диаминометилазобензол способно изменять свою пространственную конфигурацию вследствие перехода из транссостояния в циссостояние при действии излучения на длине волны 365 нм и обратного перехода при действии видимого света на длине волны 435 нм, при этом длина молекулы азосоединения изменяется с 9,5 нм на 5,5 нм и обратно. Азосоединение формирует на поверхности наночастиц лигандную оболочку за счет взаимодействия одной аминогруппы и атома серебра, а другая аминогруппа остается свободной, что обуславливает агрегативную устойчивость наночастиц. Свободные аминогруппы на поверхности наночастицы являются функциональными для пришивки к ним различных белковых молекул, в частности, фотохромного белка бактериородопсина. Пришивка бактериородопсина к поверхности наночастиц серебра, стабилизированных молекулами 4,4′-диаминометилазобензола, осуществляется за счет процессов самоорганизации, инициируемых взаимодействием положительно заряженных аминогрупп 4,4′-диаминометилазобензола и отрицательно заряженных карбоксильных групп остатков аспарагиновой и глютаминовой кислоты, входящих в аминокислотную последовательность полипептидной структуры бактериородопсина. Формирование нанокомпозиционного материала осуществляется смешиванием суспензии бактериородопсина и наночастиц серебра, стабилизированных молекулами 4,4′-диаминометилазобензола в молярном соотношении 8:1 и экспозицией полученного раствора в течение 2 часов.Binding molecules of 4,4′-diaminomethylazobenzene are introduced into an aqueous suspension of silver metal nanoparticles with a diameter of 21 nm in a ratio of 1:25. The azo compound of 4,4′-diaminomethylazobenzene is able to change its spatial configuration due to the transition from the trans state to the cis state under the action of radiation at a wavelength of 365 nm and the reverse transition under the action of visible light at a wavelength of 435 nm, while the length of the azo compound changes from 9.5 nm at 5.5 nm and vice versa. The azo compound forms a ligand shell on the surface of the nanoparticles due to the interaction of one amino group and a silver atom, and the other amino group remains free, which determines the aggregative stability of the nanoparticles. Free amino groups on the surface of the nanoparticles are functional for attaching various protein molecules to them, in particular the photochromic bacteriorhodopsin protein. Bacteriorhodopsin is attached to the surface of silver nanoparticles stabilized by 4,4′-diaminomethylazobenzene molecules due to self-organization processes initiated by the interaction of positively charged amino groups of 4,4′-diaminomethylazobenzene and negatively charged carboxylic acid groups of aspartic and glutamic acid residues that are included in the amino acid sequence of the polypeptide bacteriorhodopsin. The nanocomposite material is formed by mixing a suspension of bacteriorhodopsin and silver nanoparticles stabilized with 4,4′-diaminomethylazobenzene molecules in a 8: 1 molar ratio and exposing the resulting solution for 2 hours.
Исследование спектральных характеристик сформированного нанокомпозиционного материала показало наличие новой спектральной полосы поглощения на длине волны 365 нм. Кроме того, увеличивается интенсивность полоса поглощения на длине волны 400-410 нм.The study of the spectral characteristics of the formed nanocomposite material showed the presence of a new spectral absorption band at a wavelength of 365 nm. In addition, the intensity of the absorption band at a wavelength of 400-410 nm increases.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007109453/28A RU2332352C1 (en) | 2007-03-15 | 2007-03-15 | Nanocomposite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007109453/28A RU2332352C1 (en) | 2007-03-15 | 2007-03-15 | Nanocomposite material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2332352C1 true RU2332352C1 (en) | 2008-08-27 |
Family
ID=46274464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007109453/28A RU2332352C1 (en) | 2007-03-15 | 2007-03-15 | Nanocomposite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2332352C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009157794A1 (en) * | 2008-06-27 | 2009-12-30 | Grebennikov Evgeny Petrovich | Nanocomposite material |
| RU2391743C1 (en) * | 2009-06-04 | 2010-06-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Heteroelectric material |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5116561A (en) * | 1988-12-28 | 1992-05-26 | Atsuko Kagawa | Method of preparing a composite material in the form of ultra-fine particles |
| RU2160697C2 (en) * | 1998-09-11 | 2000-12-20 | Акционерное общество закрытого типа "Тетра" | Method for controlling shape of synthesized particles and producing materials and devices containing oriented anisotropic particles and nanostructures (alternatives) |
| WO2003010103A1 (en) * | 2001-07-25 | 2003-02-06 | Saint-Gobain Glass France | Substrate coated with a composite film, method for making same and uses thereof |
| WO2003033567A1 (en) * | 2001-10-17 | 2003-04-24 | Rag Aktiengesellschaft | Polymeric nanocomposite |
| RU2233791C2 (en) * | 2002-03-26 | 2004-08-10 | Закрытое акционерное общество "ТЕТРА" | Method of obtaining nano-particles and manufacture of materials containing nano-particles |
| US20040175656A1 (en) * | 2003-03-06 | 2004-09-09 | Eric Baer | Photo-patternable nanomaterials |
-
2007
- 2007-03-15 RU RU2007109453/28A patent/RU2332352C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5116561A (en) * | 1988-12-28 | 1992-05-26 | Atsuko Kagawa | Method of preparing a composite material in the form of ultra-fine particles |
| RU2160697C2 (en) * | 1998-09-11 | 2000-12-20 | Акционерное общество закрытого типа "Тетра" | Method for controlling shape of synthesized particles and producing materials and devices containing oriented anisotropic particles and nanostructures (alternatives) |
| WO2003010103A1 (en) * | 2001-07-25 | 2003-02-06 | Saint-Gobain Glass France | Substrate coated with a composite film, method for making same and uses thereof |
| WO2003033567A1 (en) * | 2001-10-17 | 2003-04-24 | Rag Aktiengesellschaft | Polymeric nanocomposite |
| RU2233791C2 (en) * | 2002-03-26 | 2004-08-10 | Закрытое акционерное общество "ТЕТРА" | Method of obtaining nano-particles and manufacture of materials containing nano-particles |
| US20040175656A1 (en) * | 2003-03-06 | 2004-09-09 | Eric Baer | Photo-patternable nanomaterials |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009157794A1 (en) * | 2008-06-27 | 2009-12-30 | Grebennikov Evgeny Petrovich | Nanocomposite material |
| US20110166333A1 (en) * | 2008-06-27 | 2011-07-07 | Grebennikov Evgeny P | Nanocomposite material |
| US9302909B2 (en) | 2008-06-27 | 2016-04-05 | Evgeny P. GREBENNIKOV | Nanocomposite material |
| RU2391743C1 (en) * | 2009-06-04 | 2010-06-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Heteroelectric material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3683265B2 (en) | Nanoparticle production method and nanoparticle produced by the production method | |
| JP4366502B2 (en) | Semiconductor ultrafine particle phosphor and light emitting device | |
| JP5382489B2 (en) | Circularly polarized light-emitting nanoparticles | |
| Zhang et al. | L‐Cysteine capped CdTe–CdS core–shell quantum dots: preparation, characterization and immuno‐labeling of HeLa cells | |
| Zeng et al. | Aqueous synthesis of type-II CdTe/CdSe core–shell quantum dots for fluorescent probelabeling tumor cells | |
| JP2007181810A (en) | Dispersing agent for nanoparticles having surface on which cap molecule has been bonded, and method for dispersing nanoparticles using the dispersing agent, and nanoparticle-containing thin film containing the dispersing agent | |
| Liu et al. | Synthesis of Cysteine-Capped Zn x Cd1-x Se Alloyed Quantum Dots Emitting in the Blue− Green Spectral Range | |
| Abbasi et al. | CdSe and CdSe/CdS core–shell QDs: New approach for synthesis, investigating optical properties and application in pollutant degradation | |
| Callan et al. | Quantum dot sensors: technology and commercial applications | |
| RU2332352C1 (en) | Nanocomposite material | |
| Heydaripour et al. | Conversion of the yellow to blue emission of CdSe quantum dots (QDs) via ZnSe shell growth | |
| Coto-García et al. | The influence of surface coating on the properties of water-soluble CdSe and CdSe/ZnS quantum dots | |
| Lee et al. | Bright, stable, and water-soluble CuInS2/ZnS nanocrystals passivated by cetyltrimethylammonium bromide | |
| CN108676191B (en) | Preparation method of fluorescent photonic crystal | |
| CN105820809A (en) | 6-aza-2-sulfothymine-gold nanocluster and preparation method thereof | |
| RU2332697C1 (en) | Method of nanocomposite optical properties control | |
| US20100224821A1 (en) | Nanostructure having metal nanoparticles and a method of assembly thereof | |
| Wu et al. | Enhanced photoluminescence quantum yield of red‐emitting CdTe: Gd3+ QDs for WLEDs applications | |
| JP2003025299A (en) | Semiconductor nano particle and its manufacturing method | |
| US9302909B2 (en) | Nanocomposite material | |
| Lourenço et al. | Surface engineering in alloyed CdSe/CdSexCdS1–x/CdS core-shell colloidal quantum dots for enhanced optoelectronic applications | |
| Grevtseva et al. | Effect of Ag 2 S/SiO 2 QDs surface structure on luminescence photostability | |
| Baruah et al. | Aqueous-Mediated Synthesis of Group IIB-VIA Semiconductor Quantum Dots: Challenges and Developments | |
| WO2009157793A1 (en) | Method for controlling optical properties of nanocomposite materials | |
| Queiroz et al. | UV Light as an Efficient Tool for Reducing Surface Defects of ZnSe-MSA Quantum Dots |