Nanoparticules d'argent : propriétés physiques

Diamètre, superficie et volume

Les nanoparticules ont des propriétés uniques en raison de leur petite taille. Toutes les nanoparticules, quels que soient leurs constituants chimiques, ont des rapports surface/volume extrêmement élevés (voir le tableau suivant). Ainsi, bon nombre des propriétés physiques des nanoparticules, telles que la solubilité et la stabilité, sont dominées par la nature de la surface des nanoparticules.

Diamètre de la nanosphère (nm) Surface (nm2) Volume (nm3) Rapport
Surface : Volume
10 314 523 0.60
20 1260 4190 0.30
30 2830 14100 0.20
40 5030 33500 0.15
50 7850 65500 0.12
60 11300 113000 0.10
70 15400 180000 0.09
80 20100 268000 0.08
90 25400 382000 0.07
100 31400 523600 0.06

À titre de comparaison, une balle de baseball de taille réglementaire a un diamètre de 73 000 000 nm et une superficie de 16 800 000 000 000 000 nm.2, et un volume de 204 000 000 000 000 000 000 000 nm3. Le rapport surface/volume est de 0,00000008, soit un facteur de 7 500 000 inférieur aux nanoparticules de 10 nm.

Bien que des rapports surface/volume élevés soient importants pour des applications telles que la catalyse, les propriétés réelles de l’argent sont différentes à l’échelle nanométrique. Par exemple, la résonance plasmonique des nanoparticules d’argent sphériques confère à la particule sa capacité exceptionnelle à diffuser la lumière visible.

Forme et Cristallinité

Les nanoparticules d'argent peuvent être produites avec différentes tailles et formes selon la méthode de fabrication. Des sphères , des tiges, des fils et des plaques d'argent peuvent être produits en variant la méthode de fabrication. Les formes généralement anisotropes sont formées en présence d'un polymère stabilisant qui se lie préférentiellement à une face cristalline et entraîne une croissance cristalline plus rapide que les autres. Cependant, même les nanoparticules d’argent « sphériques » peuvent avoir différentes formes et tailles (voir la figure ci-dessous). L'un des avantages des formulations de nanoparticules d'argent de nanoComposix est qu'il existe relativement peu de nanoparticules d'argent à facettes élevées, ce qui entraîne moins de variation entre les propriétés optiques de chaque nanoparticule.

TEM image of nanoComposix silver nanowires.TEM image of nanoComposix silver nanoplates.TEM image of NanoXact silver nanospheres.

Surface de nanoparticule

L’une des questions les plus fréquemment posées est « Qu’y a-t-il à la surface de vos nanoparticules ? » En solution, les molécules s'associent à la surface des nanoparticules et ces molécules liées à la surface établissent une double couche de charge qui empêche l'agrégation des nanoparticules. Les nanoparticules d'argent NanoXact et Biopure sont coiffées de citrate, de tannique ou de PVP. Le citrate s'associe faiblement à la surface des nanoparticules et est souvent utilisé car l'agent de coiffage faiblement lié offre une stabilité à long terme et est facilement déplacé par une gamme d'autres molécules, notamment des thiols, des amines, des polymères, des anticorps et des protéines.

L'acide tannique est un ligand de coiffage multidenté qui peut être déplacé par de nombreuses molécules contenant des thiols. L'acide tannique est souvent utilisé comme agent de coiffage dans les applications où des concentrations élevées de particules sont requises.

La polyvinylpyrollidone (PVP) est un polymère qui se lie fortement à la surface des nanoparticules d'argent. Il offre une plus grande stabilité que les agents de coiffage citrate ou acide tannique, mais est plus difficile à déplacer.

Citrate

Acide tannique

JcJ

Il est important de se rappeler que la surface de la plupart des nanoparticules est dynamique et fortement influencée par l’environnement local. Différentes conditions affecteront la particule de différentes manières. Les environnements riches en sel effondreront la double couche et provoqueront l’agrégation des nanoparticules. Les protéines et autres biomolécules s’associeront souvent aux particules et les stabiliseront. Lorsque vous travaillez avec des nanoparticules, vous devez anticiper les changements de surface et planifier en conséquence. Par exemple, lorsque des nanoparticules doivent être ajoutées à des solutions utilisées dans des expériences in vitro et in vivo, il est préférable d'exposer les particules à une solution faiblement salée contenant les composants protéiques du milieu, puis d'ajouter du sel pour amener la solution jusqu'aux conditions isotoniques. La protéine se lie à la surface des particules et la suspension reste stable. Si les nanoparticules sont ajoutées directement à un tampon à haute teneur en sel, les particules peuvent s'agréger avant que la stabilisation des protéines puisse se produire.

Chez nanoComposix, nous avons de l'expérience dans la fabrication de particules avec des états de surface spécifiques, l'échange d'une surface contre une autre et la construction de plusieurs couches de molécules ou de coques de surface différentes sur divers noyaux de nanoparticules. Pour plus d'informations, veuillez visiter notre page Synthèse personnalisée .

Stabilité des particules

Empêcher l’agrégation des nanoparticules peut s’avérer très difficile selon l’application. Les nanoparticules sont soit stabilisées en charge, soit stériquement stabilisées. Pour les particules à charge stabilisée, le potentiel zêta est une mesure de la stabilité de la particule. Généralement, les nanoparticules dont le potentiel zêta est supérieur à 20 mV ou inférieur à -20 mV ont une répulsion électrostatique suffisante pour rester stables en solution. Cependant, il est important de garder à l’esprit que les molécules liées à la surface des nanoparticules d’argent NanoXact et BioPure de nanoComposix sont facilement déplacées et que le potentiel zêta est très sensible aux autres molécules ou contaminants en solution. Une pointe de pipette non lavée peut introduire suffisamment de matière pour déplacer les molécules stabilisantes liées ioniquement et déstabiliser les particules. Les nanoparticules d'argent sont également sensibles à la lumière (en particulier la lumière ultraviolette) et doivent être conservées dans l'obscurité. Des solutions hautement acides ou basiques peuvent également augmenter le taux de dissolution des nanoparticules sous une forme ionique qui peut se déposer sur les parois du récipient ou se redéposer sur des nanoparticules existantes, modifiant le diamètre moyen et la distribution de taille.

En raison des propriétés optiques uniques des nanoparticules d'argent, la stabilité des particules peut être suivie avec précision grâce à la spectroscopie UV-Visible (voir Propriétés optiques pour plus d'informations).

Chimie de surface et fonctionnalisation

Image TEM d'une nanoparticule d'argent BioPure de 50 nm recouverte d'une fine coque de silice. Les nanoparticules d'argent peuvent être fonctionnalisées avec une large gamme de matériaux. Les polymères tels que la polyvinylpyrrolidone (PVP) et l'acide tannique sont des agents de coiffage couramment utilisés pour les applications de matériaux à base de nanoparticules d'argent. Les nanoparticules d'argent utilisées dans les applications biologiques sont généralement recouvertes de polyéthylène glycol (PEG), d'albumine sérique bovine (BSA) ou de nombreuses autres protéines, peptides et oligonucléotides. Les particules peuvent être fonctionnalisées avec des molécules qui « retournent » la charge superficielle des nanoparticules d'argent chargées négativement en une surface chargée positivement. Les particules peuvent également être fonctionnalisées pour fournir des groupes réactifs (par exemple, des surfaces à terminaison amine ou carboxy) pour une conjugaison ultérieure par le client. Des coques diélectriques (par exemple, silice, oxyde d'aluminium et TiO 2 ) avec une épaisseur précisément contrôlée peuvent être utilisées pour encapsuler les particules, modifier les propriétés optiques ou incorporer une couche fluorescente. NanoComposix propose une large gamme de modifications personnalisées des surfaces des nanoparticules.

Mesurer la concentration de nanoparticules d'argent

Différents fournisseurs commerciaux signalent la concentration en utilisant diverses méthodes. Lors de la recherche des nanoparticules à acheter et à utiliser, il est essentiel de pouvoir comparer les formulations de différents fournisseurs. Il existe différentes manières de déclarer les concentrations. Nous fournissons ici des tableaux convertissant nos formulations de nanoparticules d'argent en d'autres unités de concentration couramment signalées.

Nanoparticules d'argent NanoXact

Taille
(nm)
Concentration de masse
(mg/ml)
Molarité atomique (Ag)
(mmol/L)
Concentration de particules
(particules/mL)
Pourcentage en masse
(%)
Densité Optique Maximale
(cm-1)
Longueur d'onde de crête
(nm)
5 0.02 0.185
2,8 x 1013
0.002 2.1
400
10 0.02 0.185 3.6 x 1012 0.002 3.1
390
20 0.02 0.185 4.5 x 1011 0.002 3.2
390
30 0.02 0.185 1.3 x 1011 0.002 3.1
400
40 0.02 0.185 5.7 x 1010 0.002 2.7
410
50 0.02 0.185 2.9 x 1010 0.002 2.3
420
60 0.02 0.185 1.7 x 1010 0.002 1.9
430
70 0.02 0.185 1.1 x 1010 0.002 1.6
445
80 0.02 0.185 7.1 x 109 0.002 1.2
460
100 0.02 0.185 3.6 x 109 0.002 0.9
485
200 0.02 0.185 4.5 x 108 0.002 0.4
490

Nanoparticules d'argent BioPure

Taille
(nm)
Concentration de masse
(mg/ml)
Molarité atomique (Ag)
(mmol/L)
Concentration de particules
(particules/mL)
Pourcentage en masse
(%)
Densité Optique Maximale
(cm-1)
Longueur d'onde de crête
(nm)
5 1.0 9.27
1,4 x 1015
0.1 105 400
10 1.0 9.27 1.8 x 1014 0.1 155 390
20 1.0 9.27 2.3 x 1013 0.1 160 390
30 1.0 9.27 6.7 x 1012 0.1 150 400
40 1.0 9.27 2.8 x 1012 0.1 135 410
50 1.0 9.27 1.5 x 1012 0.1 110 420
60 1.0 9.27 8.4 x 1011 0.1 95 430
70 1.0 9.27 5.3 x 1011 0.1 80 445
80 1.0 9.27 3.6 x 1011 0.1 60 460
100 1.0 9.27 1.8 x 1011 0.1 45 485
200 1.0 9.27
2,3 x 1010
0.1 20 490

Chez nanoComposix, la concentration massique est mesurée par spectroscopie ICP-MS et UV-Visible.

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