Optická absorpce koloidních směsí nanodiamantů a kovových nanočástic
Optical absorption of colloidal mixtures of nanodiamonds and metal nanoparticles
Typ dokumentu
bakalářská prácebachelor thesis
Autor
Vendula Hrnčířová
Vedoucí práce
Šlapal Bařinková Markéta
Oponent práce
Stehlík Štěpán
Studijní program
Lékařská elektronika a bioinformatikaInstituce přidělující hodnost
katedra teorie obvodůPráva
A university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmlVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.html
Metadata
Zobrazit celý záznamAbstrakt
Nanodiamanty a kovové nanočástice jsou široce zkoumány pro své různorodé uplatnění od biomedicíny až po průmysl. Nanočástice mají unikátní vlastnosti ve srovnání s jejich většími protějšky, včetně velkého poměru plochy k objemu, optoelektrických schopností nebo jejich vlivu na živé organismy. Dalšího vylepšení vlastností nanočástic lze dosáhnout vytvořením nanokompozitů obsahujících různé typy nanočástic. Stále však zůstává velkou výzvou kontrola jejich finální velikosti, distribuce a stability. V této práci byly zkoumány koloidní směsi 50 nm povrchově upravených nanodiamantů (hydrogenovaných (HND) a oxidovaných (OND)) a 20 nm plazmonických kovových nanočástic stříbra (AgNP) a zlata (AuNP) jako alternativa k obtížně syntetizovaným nanokompozitům. Jejich optické vlastnosti byly analyzovány pomocí spektrofotometrie, doplněné měřením zeta potenciálu (ZP) pro stanovení stability a měřením dynamického rozptylu světla (DLS), spolu se zobrazovacími metodami včetně rastrovací elektronové mikroskopie (SEM) a transmisní elektronové mikroskopie (TEM) pro pozorování morfologie. Nejdříve byly charakterizovány samotné koloidy nanočástic při různých koncentrací, aby se určil vhodný poměr ve směsi a aby se zhodnotily jejich vlastnosti, které by následně mohly ovlivnit koloidní směsi. Byla zjištěna poloha plazmonických vrcholů kovových nanočástic vyvolaných lokalizovanou povrchovou plazmonickou rezonancí (LSPR), slabá stabilita HND koloidu v čase a nedetekovatelná přítomnost barevných center v obou typech nanodiamantu. Byla zvolena koncentrace 25 µg/ml pro oba druhy nanodiamantů, které byly smíchány se čtyřmi různými koncentracemi kovových nanočástic pro vytvoření koloidních směsí. Optická absorpce těchto směsí (AuHND, AgHND, AuOND a AgOND) byla zkoumána bezprostředně po přípravě, aby se předešlo vlivu aglomerace částic. Absorpční spektra napříč koncentracemi spolu se snímky ze SEM ukázaly přítomnost nanokomplexů tvořených kovovými nanočásticemi a nanodiamanty ve všech čtyřech koloidních směsích. Dále byl pozorován jev, kdy docházelo ke změně velikosti plazmonického vrcholu v závislosti na koncentraci a typu kovových nanočástic v koloidní směsi. Na základě provedených měření, byl představen plazmonický model tohoto jevu, zahrnující přenos náboje mezi částicemi, polarizaci částic a vzájemnou interferenci elektromagnetických polí vzniklých při LSPR. Koloidní směsi byly dále porovnány s přímo syntetizovanými nanokompozity (HND-Chit-Ag a OND-PVP-Ag). Toto srovnání ukázalo výhody koloidních směsí oproti nanokompozitům, zejména při kontrole velikosti, distribuce a tvaru částic v komplexech. Výsledky této práce ukazují přínosy koloidních směsí v úpravě vlastností nanočástic. Přesto je potřeba dalšího výzkumu k lepšímu porozumnění procesům probíhajícím v těchto koloidních směsí Nanodiamonds (NDs) and metal nanoparticles (NPs) are widely investigated for their diverse applications ranging from biomedicine to industry. NPs possess unique attributes compared to their bulk counterparts, including a high surface area to volume ratio, optoelectronic properties and their impact on living organisms. Further enhancements of NP properties can be achieved through creating nanocomposites containing various NP types. However, controlling their final size, distribution, and stability remains challenging. In this thesis, colloidal mixtures of 50 nm surface modified NDs (hydrogenated nanodiamonds (HNDs) and oxidized nanodiamonds (ONDs)) and 20 nm plasmonic metal NPs (silver nanoparticles (AgNPs) and gold nanoparticles (AuNPs)) were studied as an alternative to the difficult to synthesize nanocomposites. The optical properties were investigated through spectrophotometry, supplemented by zeta potential (ZP) measurements for determining stability, and dynamic light scattering (DLS) along with imaging methods including scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) for observing morphologies. Prior to the investigation of the colloidal mixtures, individual NP colloids of multiple concentrations were characterized to determine the appropriate ratio in the mixtures and to examine their properties, which could affect the colloidal mixture. The outcome was the determination of the location of the plasmonic peaks of metal NPs induced by localized surfaced plasmon resonance (LSPR), the poor stability of the HND colloid over time, and the undetectable colour centres in either type of ND. A concentration of 25 µg/ml of both types of NDs was chosen for use in colloidal mixtures with four concentrations of each metal NP. The optical absorption of these colloidal mixtures (AuHNDs, AgHNDs, AuONDs, and AgONDs) was studied immediately after preparation to exclude the influence of agglomeration over time. In the absorption spectrum and SEM images, the presence of nanocomplexes formed by NDs and metal NPs was manifested in all four colloidal mixtures across all concentrations. Furthermore, a phenomenon of the plasmonic peak magnitude depending on the type and concentration of metal NP in the colloidal mixtures was observed. Based on the conducted measurements, a plasmonic model for this phenomenon is presented with charge transfer between the particles, polarization of particles, and mutual interference of electromagnetic fields induced by LSPR. Colloidal mixtures were further compared with directly synthesized nanocomposites (HNDs-Chit-Ag and ONDs-PVP-Ag). This comparison showed the benefits of using colloidal mixtures over nanocomposites, particularly in controlling the size, distribution and shape of particles within nanocomplexes. The results of this thesis show the benefits of creating colloidal mixtures for tuning particle properties. Even so, more research is necessary to gain a deeper understanding of the processes taking place in these colloidal mixtures.
Kolekce
- Bakalářské práce - 13131 [124]