Applications des nanoparticules de silice

Les nanoparticules de silice possèdent diverses propriétés intéressantes et donc un large éventail d’applications. Ce sont des matériaux résistants et abrasifs qui peuvent être utilisés pour polir les plaquettes de silicium. Ils sont efficaces pour réduire la friction et sont donc utilisés pour recouvrir les sols cirés et même les voies ferrées. Leurs propriétés absorbantes les rendent utiles dans la fabrication du papier comme aide au drainage. Ils peuvent servir de liant dans la fabrication du caoutchouc, des plastiques et du béton. Il s’agit notamment de matériaux stables et non toxiques ayant d’innombrables applications en biomédecine.

La silice est un composant important d’une gamme d’hétérostructures de nanomatériaux ayant un large éventail d’applications intéressantes. Juste un petit échantillon de ces applications est décrit ci-dessous.

Nanomédecine

Les nanoparticules inorganiques sont utiles pour le suivi cellulaire in vivo en raison de leur petite taille, de leur absorption cellulaire élevée et de leur inadéquation d'impédance avec les cellules. Une publication récente décrit l’utilisation des nanosphères de silice NanoXact comme agent de contraste ultrasonore pour faciliter le suivi des cellules souches chez la souris. Les étapes du marquage cellulaire et de l'intégration des nanoparticules sont décrites dans le rapport, en utilisant la silice comme système modèle.

Les nanoparticules de silice mésoporeuses (MSN) et les nanoparticules de silice creuses (HSN) ont attiré une attention considérable pour l'administration ciblée de médicaments en raison de leurs surfaces particulièrement grandes, de leur modification de surface facile et de leur biocompatibilité. Les structures et surfaces poreuses peuvent être conçues pour cibler les tissus et les cellules avec une spécificité et un contrôle sans précédent. Pour des informations plus générales sur la nanomédecine, rendez-vous sur notre cours sur la Nanobiotechnologie .

Catalyse

Les pores et la chimie de surface des nanoparticules de silice mésoporeuses et creuses fournissent des sites idéaux pour exécuter des transformations chimiques hautement spécifiques, offrant une efficacité accrue et une sélectivité améliorée par rapport aux autres systèmes catalytiques. Les pores internes de ces structures peuvent être fonctionnalisés avec un catalyseur et la taille des pores ajustée pour offrir un accès exclusif aux molécules participant au processus catalytique.

Films minces de couleur plasmonique

Les particules plasmoniques recouvertes de silice peuvent être intégrées dans une variété de matrices beaucoup plus large que les particules non enveloppées. Des nanoparticules d'argent et d'or recouvertes de silice ont été utilisées pour produire des vernis et des peintures robustes pouvant être appliquées sur une grande variété de surfaces.

Nanoplaques d'argent à changement de couleur ActiBlu

Les nanoplaques d'argent recouvertes de silice changeront de couleur en présence d'un liquide ou d'une humidité élevée. Cela est dû au transport de l’eau et des sels à travers la coque de silice, où les bords des nanoplaques d’argent à forte courbure seront dissous sélectivement. Lorsque les plaques d'argent se dissolvent, la longueur d'onde de résonance du plasmon se déplace, entraînant un changement de couleur distinct. En ajustant l'épaisseur de porosité de la coque de silice, le taux de changement de couleur peut être ajusté. Ce matériau est étudié comme indicateur de couleur pour indiquer quand un pansement doit être remplacé.

Spectroscopie améliorée en surface

Les coquilles de silice sont utiles pour incorporer des colorants ou d’autres molécules spécialisées à proximité des surfaces des nanoparticules métalliques. Ces architectures de nanomatériaux peuvent être conçues pour améliorer les signatures spectroscopiques des nanoparticules métalliques plasmoniques et augmenter la sensibilité des mesures spectroscopiques telles que la fluorescence et Raman. Pour plus d'informations sur ce phénomène, consultez notre cours sur la spectroscopie améliorée de surface .

Extraction d'ADN

La silice fonctionnalisée peut être utilisée pour lier des molécules d’ADN comme méthode efficace de séparation de l’ADN. En ajustant la force ionique de l’environnement grâce à la manipulation du pH et de la concentration en sel, des fragments d’ADN de différentes tailles peuvent être séparés sélectivement. Cette approche est particulièrement utile pour lier l’ADN sur des micropuces, où l’extraction de l’ADN par d’autres méthodes s’est révélée difficile.

Séparation magnétique

Les nanoparticules superparamagnétiques à coque de silice combinent les propriétés intéressantes du matériau de base avec la stabilité améliorée offerte par le matériau de coque. Les coques de silice offrent les avantages supplémentaires associés à leurs surfaces fonctionnalisées qui facilitent la liaison aux protéines ou aux molécules d'ADN avec une gamme d'applications biomédicales. La silice est un composant courant des colonnes utilisées pour la séparation biomoléculaire. Les particules de silice magnétiques ont donc des applications pour la séparation en solution et dans les dispositifs microfluidiques.

De plus, un revêtement de silice sur les particules de magnétite peut servir d'interface ou d'espaceur pour la fixation d'un matériau différent doté de propriétés optiques intéressantes, tel qu'un métal plasmonique ou un point quantique fluorescent pouvant se coupler au noyau de nanoparticules magnétiques. Pour plus d'informations sur l'interface entre la silice et les matériaux magnétiques, visitez cette page sur nos nanomatériaux magnétiques personnalisés .

Développement de méthodes instrumentales

Les nanoparticules de silice sont couramment utilisées comme normes pour le développement de méthodes instrumentales, notamment l'ICP-MS à particule unique (SP-ICP-MS). La silice présente des défis uniques pour la caractérisation ICP-MS en raison du bruit de fond élevé à la valeur m/z de l'isotope le plus abondant du silicium (28Et).

Consultez cette note d'application pour voir comment Perkin Elmer utilise les nanoparticules de silice nanoComposix pour surmonter ces défis et quantifier analytiquement la teneur en Si par SP-ICP-MS.

Ressources supplémentaires

  1. Mukherjee, A. ; Darlington, T. ; Baldwin, R. ; Holz, C. ; Olson, S. ; Kulkarni, P. ; DeWeese, TL; Getzenberg, RH; Ivkov, R. ; Lupold, SE Développement et criblage d'une série de nanoparticules d'oxyde de fer conjuguées à des anticorps et enrobées de silice pour cibler l'antigène membranaire spécifique de la prostate Chem. Méd. Chimique. 2014 9 (7) , 1356-1360.

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