UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA

Katedra fyzikální chemie

PŘÍPRAVA KOLOIDNÍCH ČÁSTIC STŘÍBRA A JEJICH POUŽITÍ

V POVRCHEM ZESÍLENÉ RAMANOVĚ SPEKTROSKOPII VYBRANÝCH

VÝZNAMNÝCH LÁTEK

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Autor: Bc. Olga Balzerová

Studijní obor: Materiálová chemie

Vedoucí práce: RNDr. Robert Prucek, Ph.D.

V Olomouci 2013

1

Bibliografická identifikace

Jméno a příjmení autora: Olga Balzerová

Název práce: Příprava koloidních částic stříbra a jejich použití

v povrchem zesílené Ramanově spektroskopii

vybraných významných látek

Typ práce: Diplomová

Pracoviště: Katedra fyzikální chemie

Vedoucí práce: RNDr. Robert Prucek, Ph.D.

Rok obhajoby práce: 2013

Abstrakt: Diplomová práce se zabývá přípravou nanočástic

stříbra s různou velikostí. Stříbrné nanočástice byly

připraveny redukcí glukosou nebo maltosou o různých

koncentracích. Také byl studován vliv koncentrace

amoniaku v disperzi na velikost částic. U disperzí

připravených redukcí maltosou nebyla prokázána

výrazná závislost velikosti nanočástic na různých

koncentracích maltosy ani amoniaku. Při přípravě

nanočástic stříbra redukcí komplexu [Ag(NH3)2]+

glukosou bylo dosaženo rozsahu velikostí nanočástic

od 40 nm po 100 nm změnou koncentrace amoniaku.

Připravené nanočástice stříbra byly testovány

v experimentech povrchem zesílené Ramanovi

spektroskopie. Bylo docíleno optimálního postupu pro

získání největšího zesílení Ramanova signálu a tímto

postupem byla naměřena spektra pro biogenní

aminokyseliny.

2

Klíčová slova: nanočástice stříbra, aminokyseliny, chemická syntéza,

povrchem zesílená Ramanova spektroskopie (SERS)

Počet stran: 67

Počet příloh: 1 × CD

Jazyk: Český

3

Bibliographical identification

Author’s first name and surname: Olga Balzerová

Title: Preparation of silver colloid particles and their

utilization in surface enhanced Raman spectroscopy

of important molecules

Type of thesis: Master

Department: Department of Physical Chemistry

Supervisor: RNDr. Robert Prucek, Ph.D.

The year of presentation: 2013

Abstract: This diploma thesis focused on preparation of silver

nanoparticles with different sizes. The silver

nanoparticles were prepared by reduction of the

complex [Ag(NH3)2]+ with glucose or maltose with

different concentrations. The influence of ammonia

concentration on particle sizes was also studied.

Different concentrations of maltose or ammonia (in

dispersions prepared with maltose) had no significant

effect on particles sizes. Preparation of silver

nanoparticles by reduction with glucose proved

influence of ammonia concentration on particles sizes.

By using different ammonia concentrations were

prepared silver nanoparticles with average particle

size in range from 40 nm to 100 nm. The prepared

silver nanoparticles were tested in surface enhanced

Raman spectroscopy experiments. The optimal

procedure for obtain the strongest enhance of Raman

4

signal was achieved and spectra for biogenic amino

acids were measured.

Keywords: silver nanoparticles, amino acids, chemical synthesis,

surface enhanced Raman spectroscopy (SERS)

Number of pages: 67

Number of appendices: 1 × CD

Language: Czech

5

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že jsem tuto práci vypracovala samostatně pod vedením pana

RNDr. Roberta Prucka, Ph.D. Veškeré informace a podkladové materiály,

které jsem při práci využila, jsou uvedeny v seznamu použité literatury.

V Olomouci dne…………… ....…………………………

podpis

6

PODĚKOVÁNÍ

Chtěla bych poděkovat vedoucímu mé diplomové práce RNDr. Robertu

Pruckovi, Ph.D. za odborné vedení, cenné připomínky a za pomoc při

zpracování této diplomové práce. Také bych chtěla poděkovat dalším

členům Katedry fyzikální chemie především RNDr. Aleši Panáčkovi, Ph.D. za

pořizování snímků z elektronového mikroskopu a Mgr. Arianě Fargašové za

pomoc při měření Ramanových spekter.

7

OBSAH

ÚVOD .............................................................................................................. 9

TEORETICKÁ ČÁST ............................................................................................ 10

1. Disperzní soustavy ........................................................................................ 10

2. Koloidní disperze – charakteristika ............................................................ 11

2.1. Kinetické vlastnosti ................................................................................... 12

2.2. Optické vlastnosti ..................................................................................... 13

2.2.1. Rozptyl záření .................................................................................... 14

2.2.2. Absorpce záření ............................................................................... 14

2.2.3. Plasmonová rezonance kovových nanočástic .......................... 15

2.3. Elektrické vlastnosti ................................................................................... 16

3. Příprava koloidních disperzí ........................................................................ 18

3.1. Dispergační metody ................................................................................ 18

3.2. Kondenzační metody .............................................................................. 19

4. Příprava nanočástic stříbra ........................................................................ 20

4.1. Redukce anorganickými látkami ........................................................... 20

4.2. Redukce organickými látkami ............................................................... 21

4.3. Laserová ablace ...................................................................................... 22

4.4. Redukce gama zářením ......................................................................... 23

4.5. Fotochemická metoda ........................................................................... 23

5. Aplikace nanočástic stříbra ....................................................................... 23

5.1. Povrchem zesílená Ramanova spektroskopie ..................................... 24

5.1.1. Historie ............................................................................................... 25

5.1.2. Princip ................................................................................................ 25

5.1.3. Uplatnění SERS .................................................................................. 26

5.2. Použití v medicíně a komerčních produktech .................................... 28

EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ..................................................................................... 30

6. Materiál a metody ....................................................................................... 30

6.1. Chemikálie ................................................................................................ 30

6.2. Přístrojové vybavení ................................................................................. 30

8

6.3. Příprava disperze nanočástic stříbra ..................................................... 30

6.4. Aktivace nanočástic stříbra a jejich kinetika ....................................... 31

6.5. Experimenty povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie .............. 32

7. Výsledky a diskuze ....................................................................................... 32

7.1. Příprava nanočástic redukcí komplexu [Ag(NH3)2]+ maltosou ......... 32

7.1.1. Příprava nanočástic stříbra redukcí komplexu [Ag(NH3)2]+

maltosou – metoda předpřipraveného komplexu [Ag(NH3)2]+ .................. 36

7.2. Příprava nanočástic redukcí komplexu [Ag(NH3)2]+ glukosou .......... 40

7.2.1. Příprava nanočástic stříbra redukcí komplexu [Ag(NH3)2]+

glukosou – metoda předpřipraveného komplexu [Ag(NH3)2]+ ................... 44

7.3. Aktivace stříbrných nanočástic a sledování kinetiky procesu

rekrystalizace ...................................................................................................... 48

7.4. Experimenty povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie .............. 51

7.4.1. Optimalizace postupu .................................................................... 51

7.4.2. Měření aminokyselin ........................................................................ 55

ZÁVĚR ............................................................................................................ 62

SUMMARY ...................................................................................................... 63

LITERATURA ..................................................................................................... 64

9

ÚVOD

Kovové nanočástice fascinují vědce již po staletí a v dnešní době jsou široce

využívány v biomedicínských vědách a inženýrství. Tomuto zájmu vděčí pro svůj

obrovský potenciál v oblasti nanotechnologií.1 Ty se týkají oblasti vědy a techniky

zabývající se materiály, které mají rozměry v řádech stovek nanometrů. Ačkoliv je oblast

nanotechnologií používaných v praxi stále ještě z velké části neprobádaná, na jejich velký

potenciál bylo poukazováno již v roce 1959 R. Feynmanem. Jeho přednáška, která nese

název „There´s Plenty of Room at the Bottom“, byla ve své době pouhou vizionářskou

myšlenkou poukazující na budoucnost technologií a pokroku ve zmenšování až na úroveň

pouhých atomů.2 S rozvojem nanotechnologií vznikly i nové nanomateriály, které mají

odlišné fyzikálně-chemické vlastnosti ve srovnání se svými makroskopickými formami.

Současné metody umožňují syntetizovat a modifikovat tyto materiály nejrůznějšími

funkčními skupinami, které umožňují jejich použití v oblasti biotechnologií, magnetické

separace, diagnostického zobrazování, cíleného poskytování léčiv nebo zakoncentrování

analytů. Pro účely lepšího studia těchto materiálů byly vyvinuty různé zobrazovací

a analytické metody jako je magnetická rezonance (MRI), počítačová tomografie (CT),

pozitronová emisní tomografie (PET), ultrazvuk či povrchem zesílená Ramanova

spektroskopie (SERS).1

Povrchem zesílená Ramanova spektroskopie je metoda vhodná pro mnoho různých

oblastí výzkumu, jako je materiálová chemie, biologie nebo povrchová chemie. Zesílení

Ramanova signálu se dosahuje díky povrchovému plasmonu, který vzniká v důsledku

laserového záření dopadajícího na povrch kovu. Excitace elektronů ve vodivostním pásu

způsobí kolektivní oscilaci nazývanou povrchový plasmon. Stříbro a jeho nanočástice patří

mezi nejvíce využívaný substrát právě pro použití v SERS.1, 3

Velikost nanočástic

a jejich tvar mají klíčový vliv na zesílení Ramanova signálu studovaného analytu. Při

vhodné přípravě je možné dosáhnou faktoru zesílení až 1015

. 3

Předkládaná práce se zabývá přípravou nanočástic stříbra s různou velikostí částic

a jejich použití v povrchem zesílené Ramanově spektroskopii. Také byly zkoumány různé

postupy aktivace těchto stříbrných nanočástic tak, aby se docílilo co největšího zesílení

Ramanova signálu. Po procesu optimalizace tohoto postupu byla změřena spektra pro

biogenní aminokyseliny, které patří mezi základní organické sloučeniny potřebné pro

život.

10

TEORETICKÁ ČÁST

1. Disperzní soustavy

Obsahuje-li soustava alespoň dvě složky, kdy je jedna rozptýlena ve formě částic ve

druhé, říkáme takovéto soustavě disperzní. Složku tvořenou částicemi označujeme jako

disperzní podíl a druhou, spojitou složku jako disperzní prostředí. Disperzní soustavy

můžeme rozdělovat podle mnoha různých faktorů, z nichž nejčastějším je velikost částic

disperzního podílu. Z tohoto hlediska dělíme disperzní soustavy do tří skupin, které však

nemají ostře vymezené hranice přechodu. Soustavy s velmi malými částicemi, které nejsou

viditelné ani v elektronovém mikroskopu, nazýváme analytické disperze. Tyto disperze

jsou stálé, nesedimentují a procházejí membránami a filtračními papíry. Obvykle se uvádí

jako horní mez velikosti částic 10-9

m. Disperze obsahující částice nad tuto mez do

přibližně 10-6

m jsou koloidní disperze. Ani tyto částice nemůžeme vidět v optickém

mikroskopu, na jejich pozorování však můžeme využít ultramikroskop či elektronový

mikroskop. Rychlost sedimentace závisí na velikosti částic, avšak sedimentují pomalu.

Také tyto disperze procházejí filtračními papíry, ale ne všemi membránami. Disperze,

které je možné filtrovat přes filtrační papíry, označujeme jako hrubé disperze. Částice

v hrubých disperzích mají zpravidla velikost od 10-6

m a více, jsou viditelné pouhým okem

či optickým mikroskopem a velmi rychle podléhají gravitační síle a sedimentují.4

Měřítkem velikosti disperzních částic a jejich následného rozdělení bývá veličina

stupeň disperzity, která nám udává jemnost, s jakou je disperzní podíl rozptýlen

v disperzním prostředí. Stupeň disperzity se vyjadřuje jako převrácená hodnota rozměru

částic. Pro určení a rozdělení na frakce dle velikostí částic se používají distribuční křivky.

Ve velké většině disperzních soustav můžeme pozorovat obsah mnoha různě velkých

částic – jedná se o polydisperzní systémy, nebo obsahují částice pouze několika velikostí –

v takovém případě hovoříme o systémech paucidisperzních. Ve výjimečných případech,

kdy jsou podmínky přísně hlídány a kontrolovány, může dojít ke vzniku disperzí s pouze

jednou velikostí částic – monodisperzí. Jako monodisperzní systémy však bývají

označovány i disperze s velmi úzkým rozmezím velikosti částic (kde průměrná odchylka

střední velikosti částic není větší jak 10 %).4, 5

11

2. Koloidní disperze – charakteristika

Ačkoliv nás koloidní systémy obklopují odjakživa, byl obor koloidní chemie

vymezen až v devatenáctém století díky Thomasu Grahamovi. Označení koloid je

odvozeno od řeckého názvu běžného představitele této skupiny – klihu (kolla). Díky

zkoumání a studiu koloidních systémů přišel Graham na princip dialýzi, která se stala

významnou součástí medicínských postupů.4

Rozsah výskytu koloidních systémů je jedním z nejširších na Zemi. Ať už se jedná

o jevy čistě přírodní (jíly, mlhy, mléko, krev, …) nebo o průmyslové či technologické

procesy (barviva, inkoust, papíry, plasty, kosmetické přípravky, …). Obecně koloidní

disperze rozdělujeme podle skupenství jak disperzního podílu, tak i disperzního prostředí

(Tabulka 1.).4, 6

Tabulka 1. Typy koloidních disperzí a jejich příklady

Disperzní

prostředí Disperzní

podíl Koloidní

systém Příklad

plynné

plynný netvoří koloidy

kapalný aerosoly mlha, spreje

pevný aerosoly kouř, dým

kapalné

plynný pěny šlehačka, pivní pěna

kapalný emulze mléko, majonéza

pevný lyosoly zubní pasta, inkoust,

krev

pevné

plynný tuhé pěny aerogel, pemza

kapalný tuhé emulze zmrzlina, sýry, másla

pevný tuhé lyosoly barevná skla,

drahokamy

Koloidní systémy, které mají v kapalném prostředí rozptýleny pevné

částice – lyosoly, dělíme dále do tří skupin: 1) Koloidní disperze (lyofobní disperze) jsou

termodynamicky nestálé, heterogenní systémy. Někdy označovány jako nevratné koloidy

pro jejich tendenci srážet se a shlukovat. 2) Koloidní roztoky (lyofilní koloidy) označují

homogenní, stálé systémy, které jsou pravými roztoky makromolekul. 3) Asociativní

koloidy (micelární koloidy) tvoří z dispergovaných povrchově aktivních částic po

překročení kritické koncentrace micely.4, 7

12

2.1. Kinetické vlastnosti

Ačkoliv částice obsažené v koloidních disperzích okem nevidíme, můžeme jejich

pohyb odvodit od výsledků pozorování Roberta Browna (1827), který si všiml a začal

studovat pohyb pylových zrn ve vodě pod mikroskopem. Dalšími studiemi vyloučil

možnost vlastního života pylových zrn a došel k závěru, že se částice nezávisle na druhu

látky v dostatečném množství disperzního prostředí neustále chaoticky pohybují. Teorii

tohoto jevu pojmenovaného Brownův pohyb objasnili až téměř o sto let později (1905)

Albert Einstein a Marian Smoluchowský.6, 8

Pohyb částic ovlivňuje mnoho faktorů

(teplota, jejich velikost, srážky mezi sebou) a není možné zjistit skutečnou délku trasy,

kterou urazí. Proto byla zavedena veličina střední kvadratický posuv částice, která

charakterizuje intenzitu Brownova pohybu zprůměrováním posunů částice v různých

směrech.4, 6

V makroskopickém měřítku je důsledkem tepelného pohybu snaha vyrovnávat

koncentrace – difundovat. Rychlost difuze byla v minulosti jedním z prvních původních

kritérií pro označení látky jako koloidu. Analytické disperze lze rozlišit pro jejich rychlou

difuzi, hrubé disperze naopak nedifundují vůbec. Prvním, kdo se zabýval tímto jevem

a popsal jej matematickou rovnicí, byl Adolf Fick (1855).

(1)

Tato rovnice, zvaná první Fickův zákon, nám zavádí veličiny J – difuzní tok

a D – difuzní koeficient, poměr dc/dx označuje koncentrační gradient.9

Charakterizaci difuzního koeficientu později rozpracoval Einstein a odvodil vztah

mezi částicemi a disperzním prostředím.

(2)

Difuzní koeficient D je přímo úměrný absolutní teplotě T a nepřímo úměrný

koeficientu tření fi. Koeficient tření je veličina závislá jak na tvaru a rozměru částic, tak

i na vlastnostech disperzního prostředí.

13

Pro kulovitou částici můžeme použít Einstein-Stokesovu rovnici pomocí níž lze

vypočítat poloměr velikosti částic.5, 6

(3)

Protože jsou všechny látky na Zemi pod vlivem vnějších sil, dochází k jevu

zvanému sedimentace. Rozhodující faktory na rychlost sedimentace jsou velikost působící

síly a velikost (váha) částic. U koloidních disperzí, obsahujících obvykle už jen malé

částice, je rychlost sedimentace v gravitačním poli Země téměř neměřitelná. Proti

gravitační síle totiž ještě působí síly vztlaková a třecí a také Brownův pohyb, což

způsobuje ustanovení sedimentační rovnováhy disperze. Jakmile se částice díky

sedimentaci nahromadí u dna nádoby a vytvoří tak rozdílné koncentrace v systému, jsou

okamžitě znovu rozptýleny zpět pomocí difuze. Po určité době, kdy se počet

sedimentujících částic rovná počtu částic, které difundují zpět, se ustanovuje sedimentační

rovnováha systému.

Chceme-li urychlit a podpořit sedimentaci částic, můžeme použít centrifugy

a ultracentrifugy. Díky jejich odstředivé síle (až 106 krát větší než je gravitační síla), kterou

působí na disperzi, dochází k ustanovení sedimentační rovnováhy mnohem rychleji.5, 7

Ultracentrifugy našly své uplatnění především v oblasti biochemie pro separaci proteinů,

také se využívají na rozdělení směsi nanomateriálů např. uhlíkových nanotrubiček.10, 11

2.2. Optické vlastnosti

Díky velikosti částic v koloidních disperzích, které jsou menší, než je vlnová délka

viditelného světla (400 nm – 700 nm) dopadajícího na systém, dochází k jedinečným

charakteristickým optickým vlastnostem. Když paprsek světla dopadá na koloidní disperzi,

část světla může být absorbována, část rozptýlena a zbývající část prochází vzorkem

nezměněná.8

14

2.2.1. Rozptyl záření

Osvětlujeme-li vzorek koloidní disperze paprskem světla, můžeme pozorovat jistou

opalescenci a jemný zákal, za podmínky dostatečné velikosti částic nebo vysokého indexu

lomu. Nejvýraznějším důsledkem rozptylu světla je však Tyndallův jev. Jedná se

o zviditelnění paprsku světla dopadajícího na disperzi z boku – pozorujeme tzv. Tyndallův

kužel s vrcholem v místě přechodu do disperze a postupným rozšiřováním směrem ven.5

Pro kulovité částice výrazně menší, než je vlnová délka dopadajícího světla, byla

vypracována teorie Lordem Rayleighem roku 1871. Dal tak obecný základ pro studium

rozptylu světla, který později dále rozpracovali Debye a Mie. Rayleigh odvodil rovnici pro

neabsorbující částici v plynném prostředí. Z částice se po dopadu elektromagnetického

záření (o intenzitě I0 a vlnové délce λ s polarizabilitou α) stává sekundární zdroj

rozptýleného záření o stejné vlnové délce jako má dopadající záření v důsledku vyvolání

oscilujících dipólů v částici. Pro nepolarizovaný dopadající paprsek je intenzita I0 ve

vzdálenosti r od částice dána rovnicí:

( ) (

). (4)

Výraz ( ) se nazývá Rayleighův poměr, kde číslo jedna v části ( )

vyjadřuje vertikálně polarizovanou složku a výraz naopak horizontálně

polarizovanou složku rozptýleného záření.7, 12

2.2.2. Absorpce záření

Pokud je určitá vlnová délka elektromagnetického záření pohlcována částicemi

disperzního systému - absorbována, disperze se nám jeví jako barevná (barva koloidu ale

také závisí na velikosti dispergovaných částic). Při absorpci dochází k přechodu molekul

do vyšších energetických stavů, tzn. k excitaci. Zvýšením vnitřní energie dochází k její

přeměně na energii tepelnou.6

Intenzitu procházejícího záření zeslabeného absorpcí

můžeme fotometricky změřit.5 Pro výpočet absorbovaného záření zavádíme veličinu

absorbance A a používáme Lambert-Beerův zákon:

, (5)

15

kde I označuje intenzitu prošlého záření, I0 intenzitu dopadajícího záření, ε je molární

absorpční koeficient (charakteristický pro každou látku), c je koncentrace látky a l značí

šířku vrstvy, kterou záření prochází.13

2.2.3. Plasmonová rezonance kovových nanočástic

Kovové nanočástice mají ještě jednu specifickou optickou vlastnost a tou je

povrchová plasmonová rezonance. K té dochází, je-li částice ozářena, což způsobí

kolektivní oscilaci elektronů ve vodivostním pásu. Kolektivní oscilace je dána jak excitací

vodivostních elektronů, tak také přítomností vratných sil (vyplývajících z indukované

polarizace jak částice, tak okolního prostředí) a také rozměrem částice, který je menší než

je vlnová délka záření. Elektromagnetické záření způsobí vznik elektrického pole, které

vytlačuje elektrony z jejich rovnováhy a vytváří tak spolu s vratnými silami oscilační

pohyb elektronů o určité frekvenci.

Tvar spektra povrchové plasmonové rezonance je určován dimenzionalitou částic.

Pro částice o mnoho menší než je vlnová délka záření a elektromagnetické pole je tak

v celé částici jednotné (tvoří pouze jeden dipól), je charakteristický jediný, úzký pík. Jak se

rozměr částice zvětšuje, dochází i ke zvyšování počtu dipólů (obrázek 1), což vede ke

vzniku několika píků ve spektru.

Obr. 1. Diagram zobrazující elektrické pole částic. Dipól (A), kvadrupól (B) a oktupól (C).

S rostoucí velikostí částic se také posouvá maximum píků k delším vlnovým

délkám. Příkladem mohou být spektra stříbrných suspenzí s různě velkými částicemi

(obrázek 2). Spektrum stříbrné suspenze s nejmenšími částicemi dosahuje maxima

16

v oblasti kolem 420 nm, u větších částic je patrné, že se maximum nejen posouvá, ale že

dochází i ke zmiňovanému vzniku dalších píků. Posouvání maxima píků ve spektrech je

důsledkem šíření povrchového náboje částice přes větší plochu povrchu, díky čemuž může

okolní prostředí lépe kompenzovat vratné síly, které zpomalují oscilaci elektronů.14

Obr. 2. UV/Vis spektra stříbrných suspenzí obsahujících 20 různě velkých nanočástic.14

2.3. Elektrické vlastnosti

Že koloidní částice mají elektrický náboj je známo už dlouhou dobu, přestože

celkový náboj koloidní disperze je neutrální. Za vznik elektrického náboje částic odpovídá

několik mechanismů. Může se jednat o disociaci funkčních skupin, které jsou součástí

povrchu částice nebo částečnou/úplnou adsorpci iontů z disperzního prostředí.8, 9

Rozdílné

náboje v koloidních disperzích byly zjištěny experimentálně a to F. F. Rejssem (1808),

když studoval elektrolýzu a její zákonitosti. Vložením vnějšího elektrického pole na

koloidní systém uvedl do pohybu molekuly disperzního prostředí – tomuto jevu se říká

elektroosmóza. Opačný jev – tedy pohyb koloidních částic v elektrickém poli – se nazývá

elektroforéza. Tyto úkazy jsou souhrnně označovány jako elektrokinetické jevy a patří mezi

ně ještě sedimentační potenciál a potenciál proudění. Později byl vysloven předpoklad, že

elektrokinetické jevy vděčí za svůj původ prostorovému rozložení nábojů částic

17

a disperzního prostředí ve vzájemné těsné blízkosti. Rozpracováním této myšlenky vznikly

teoretické předpoklady modelů elektrické dvojvrstvy.6

Prvním modelem a zároveň také nejjednodušším, byl model Helmholtzův.

Elektrickou dvojvrstvu si můžeme představit jako dvě rovnoběžné desky nabitého

kondenzátoru – jedna deska je tvořena ionty vázanými na povrch, druhá je tvořena opačně

nabitými ionty. Mezi deskami je mezivrstva disperzního prostředí. Tato teorie předpokládá

nehybnost vrstev, což je však mylný závěr. Proto byla přepracována a pohyblivost vrstvy

byla zakomponována do tzv. difuzní vrstvy. Oblast mezi vnitřní vrstvou a difuzní se

nazývá pohybové rozhraní. Tento model vypracovali nezávisle na sobě Goüy a Chapman,

proto nese jméno obou – Goüyův-Chapmanoův model. Nejpřesnějším modelem elektrické

dvojvrstvy je však model Sternův. K modelu difuzní vrstvy ještě přidal Sternovu vrstvu,

která je tvořena vrstvou protiiontů a je těsně přilehlá k povrchu částice, čímž spolu tvoří

kompaktní vnitřní vrstvu. Difuzní vrstva, která už neobsahuje takové množství protiiontů,

leží až za Sternovou vrstvou. Na jejich rozhraní nazýváme hodnotu potenciálu jako

ζ-potenciál nebo elektrokinetický potenciál, protože je to právě tento potenciál, který má za

následek elektrokinetické jevy zmíněné v předcházejícím odstavci.6, 13

Obr. 3. Modely elektrické dvojvrstvy. Helmholtzův model (a), Goüyův-Chapmanův model

(b) a Sternův model (c).15

18

3. Příprava koloidních disperzí

Protože velikost koloidních částic se pohybuje mezi velmi malými částicemi

analytických disperzí a mezi velkými částicemi hrubých disperzí, můžeme k technice jejich

přípravy přistupovat ze dvou různých směrů. Metoda, kdy se z makroskopického materiálu

tvoří pomocí vnější síly menší částice, se označuje jako dispergační. Chceme-li vytvořit

koloidní částice opačným postupem – tedy z menších částic větší, použijeme metodu

kondenzační. Principem této metody je vznik zárodečných center nové fáze a jejich

následný růst. Aby se však dosáhlo stabilní koloidní soustavy, je nutné pracovat za

takových podmínek, které zabraňují agregaci a flokulaci nově vzniklých částic.6, 9

3.1. Dispergační metody

Tyto metody bývají také často označovány anglickým termínem top-down, právě

pro směr postupu výroby koloidních částic – z vrchu (z velkých) dolů (na malé částice).

Metoda dispergování pevných látek je jednou z nejstarších a na Zemi velmi rozšířená.

Veškerá zemina a půda je v podstatě tvořená touto metodou a to postupným zvětráváním

a erozí hornin. Také v oblasti průmyslu se tato metoda široce využívá. Pod dispergační

metody spadá např. řezání, broušení, mletí, atd.6, 9

Tyto procesy však vyžadují velké

množství dodávané energie – práce, která se v soustavě přemění na energii nového

fázového rozhraní a zbytek na tepelnou energii.4

Nejrozšířenější dispergační metodou je mletí. To můžeme dělit podle stupně

disperzity mletého materiálu na drcení (vznikají částice o velikosti několika centimetrů

nebo milimetrů), mletí (částice s rozměrem desetin milimetrů) a jemné mletí.6 K mletí se

využívají různé typy konstrukcí mlýnů. Mezi základní patří mlýny kulové, kolové

a koloidní. Právě koloidní mlýny, jak již název napovídá, mohou dosáhnout výsledné

velikosti částic s rozměrem v nanometrech. Koloidní mlýn je uspořádán tak, že materiál je

protlačován mezi rotujícím kuželovým kotoučem a kuželovým sedlem mlýnu a tím zde

dochází k intenzivnímu tření a narušení větších částic. 16, 17

Další významnou technikou je laserová ablace, při níž je vysoce energetickým

laserem mířeno přímo na pevný materiál. Na místě vzniká směs nano útvarů, které jsou pak

třízeny a analyzovány.17

Tato metoda je především vhodná pro kovové materiály

19

a vyznačuje se svojí velkou rychlostí. Velikost vznikajících částic jsme schopni ovlivnit

např. výběrem laseru o určité vlnové délce. 18, 19

Na pomyslném rozhraní mezi metodami dispergačními a kondenzačními si stojí

metoda elektrického rozprašování. Zde totiž dochází ke vzniku koloidních částic jak

z materiálu elektrod (část dispergační), tak i zkondenzováním kovových iontů vypařených

do okolí (část kondenzační). Kovové elektrody jsou ponořeny do ochlazovaného

disperzního prostředí a je na ně přiváděno vysokofrekvenční stejnosměrné či střídavé

napětí.6, 8

Koloidní disperze byly touto metodou připravovány už v roce 1898 (Bredig)

a dodnes jsou velmi populární. Dokonce se na marketingovém trhu objevují přístroje pro

domácí použití (tvorba koloidního stříbra pro jeho léčebné účinky).20

3.2. Kondenzační metody

Pod anglickým pojmem bottom-up se skrývají metody kondenzační. Tyto metody

vycházejí z analytických disperzí a je zapotřebí dosáhnout dostatečného přesycení, aby

došlo ke vzniku nové fáze. Tento proces se skládá ze dvou kroků: vznik zárodků

(nukleace) a růst zárodků. Při vzniku zárodku musí systém překonat určitou energetickou

bariéru, která brání tomuto slučování částic. Po překonání energetické bariéry nastává růst

zárodku v důsledku vzniklých rozdílů chemických potenciálů látky a prostředí. Nové

částice se k zárodku dostávají pomocí difuze a její rychlost tedy hraje důležitou roli

i v rychlosti růstu nové fáze. To, v jakém poměru jsou rychlosti obou kroků, určuje

velikost nanočástic i stabilitu vzniklé koloidní disperze. Pro vysoce disperzní systém jsou

optimálními podmínkami rychlá nukleace a pomalý růst zárodků. Potřebné přesycení

systému a následnou tvorbu zárodečných center můžeme vyvolat buďto změnou

fyzikálních nebo chemických podmínek.7, 8

Jiných fyzikálních podmínek se obvykle dosahuje změnou teploty, složení

rozpouštědla, či méně obvyklou změnou tlaku. Běžným případem zkondenzování částic

poklesem teploty je tvorba mraků z vodní páry. Podchlazení systému se také široce

využívá v oblasti metalurgie, kde jsme díky tomu schopni vytvořit požadované

polykrystalické materiály.6 Přimícháme-li do roztoku s rozpuštěnou požadovanou látkou

rozpouštědlo, ve kterém není látka rozpustná, vytvoří se přesycený roztok a následně

koloidní částice této látky.4

Mnohem častější a jednoduší metodou je změna chemických podmínek. Tou je

v podstatě jakákoliv reakce vedoucí k vytvoření látky nerozpustné v daném disperzním

20

prostředí. Koloidní částice tak mohou vzniknout pomocí reakcí oxidačních, redukčních,

výměnných, hydrolytických nebo i srážecích.4 Vlastnosti (velikost, tvar, …) koloidních

částic lze snadno ovlivňovat různými faktory jako je teplota, koncentrace, pH anebo

rychlost míchání.8

4. Příprava nanočástic stříbra

Vlastnosti materiálu se výrazně mění s jeho zmenšováním objemu tj. zvětšováním

počtu povrchových atomů. Již dávno prozkoumané materiály tak nabízí ve své

nanometrové podobě nové jedinečné vlastnosti. Stříbro se stalo jedním z nejvíce

používaným kovem v oblasti nanotechnologií pro své fyzikálně-chemické vlastnosti a pro

velké množství různých postupů přípravy. Většina metod přípravy nanočástic stříbra je

založena na kondenzačních postupech pomocí organických či anorganických redukčních

činidel, ale objevují se i metody využívající různé druhy záření např. UV záření či γ záření.

Vlastnosti jako jsou velikost částic nebo jejich stabilita jsou klíčové pro jejich další využití.

Je tak důležité zvolit vhodnou metodu přípravy stříbrných nanočástic tak, aby co nejlépe

posloužily svému účelu.

4.1. Redukce anorganickými látkami

Chceme-li stříbrné koloidní částice vytvořit pomocí redukce anorganickou látkou,

velmi pravděpodobně narazíme na metodu využívající tetrahydridoboritan sodný. Tento

postup publikoval Creighton a kol.21

už v roce 1979 a stále se těší velké oblibě.22, 23, 24

Principem je smíchání 0,001 M vodného roztoku AgNO3 s 0,002 M roztokem NaBH4

(který je chlazený ledem) ve vzájemném poměru 1:3. Roztoky byly intenzivně míchány

a výsledná disperze se zbarvila žlutě. Velikost stříbrných částic se pohybovala v rozmezí

od 1 nm po 50 nm. Tyto disperze se ukázaly být vcelku stabilní – nezměnily se ani po

několika týdnech. V dnešní době se také pracuje s mnoha modifikacemi tohoto postupu,

které nám umožňují vytvářet částice s různými požadovanými vlastnostmi.25, 26

Velmi jednoduchou a rychlou metodu přípravy nanočástic stříbra publikovali

Leopold a Lendl.27

V zásaditém prostředí nechali zreagovat roztok dusičnanu stříbrného

s roztokem hydroxylamin hydrochloridu za pokojové teploty. Změnami koncentrací těchto

21

dvou roztoků vyzkoušeli možnost ovlivnit velikost vznikajících částic. Vzniklé částice

s velikostí kolem 100 nm se ukázaly být velmi vhodné pro jejich použití v SERS.

Použití stříbrných nanočástic v povrchem zesílené Ramanově spektroskopii (SERS)

je v dnešní době velmi oblíbené a proto bylo vyvinuto mnoho metod jejich přípravy tak,

aby k tomuto účelu byly co nejvhodnější. To se týká i přípravy koloidního stříbra

hydrazinem. Nickel a kol.28

připravili koloidní disperzi redukcí AgNO3 hydrazin

dihydrochloridem za vzniku převážně kulovitých částic, jejichž velikost (40 nm – 70 nm)

závisela na koncentraci stříbrných iontů. Pro dobrou funkci částic na SERS nesmí být příliš

malé, proto jsou tyto velikosti vhodné. Velkou výhodou této metody je stabilita vzniklé

disperze – nezměněná vydrží až několik měsíců a to bez přidání jakýchkoliv stabilizátorů.

Ve většině postupů přípravy redukce anorganickými látkami se totiž k roztokům přidávají

různé stabilizátory např. dodecylsulfát sodný (SDS), polyvinyl pyrrolidon (PVP) nebo

polyvinyl alkohol (PVA). 29, 30

4.2. Redukce organickými látkami

Tradiční metodou v této oblasti je metoda „Lee-Meisel“ 31

. Nese jména svých

autorů, kteří se však inspirovali v dřívější práci Turkeviche syntetizujícího zlaté

nanočástice.14

Lee a Meisel přidali k vařícímu vodnému roztoku 500 ml AgNO3

(90 mg) 10 ml 1% roztoku citrátu sodného. Směs byla ponechána za stálého varu po dobu

přibližně jedné hodiny. Výsledná disperze měla nazelenale žlutou barvu a obsahovala

velké množství částic s velikostí 50 nm až 100 nm. Další studie prokázaly, že citrát v této

reakci nepůsobí jen jako redukční činidlo, ale i jako stabilizátor částic. Ovlivňuje jak

velikost vznikajících částic, tak i jejich tvar.32

Dalším typickým příkladem syntézy stříbrných částic je Tollensova metoda, při níž

vzniká na povrchu skla stříbrný film - zrcátko. Jedná se o redukci komplexu

diaminstříbrného kationtu glukózou a je možné touto metodou připravit filmy s částicemi

60 – 180 nm nebo stabilní disperzi obsahující částice 20 – 50 nm v závislosti na

koncentraci roztoků. Modifikací Tollensovi metody je možné připravit velké množství

různých disperzí obsahujících částice s požadovanými vlastnostmi. K redukci komplexu

diaminstříbrného kationtu [Ag(NH3)2]+ můžeme totiž použít různé látky, jako jsou

sacharidy či aldehydy. Jedná se o velmi rychlou metodu – koloidní částice stříbra vznikají

už v řádech jednotek minut. Velikost vzniklých částic ovlivňuje nejen volba redukční

látky, ale také koncentrace amoniaku při tvorbě komplexu jak dokázali ve své práci např.

22

Kvítek a kol.33

. K redukci používali několik látek – xylosu, glukosu, fruktosu a maltosu.

Největší částice vznikaly při reakci s fruktózou, naopak nejmenší částice byly vytvořeny

pomocí maltózy. Vliv koncentrace amoniaku se projevoval u všech zkoumaných systémů

stejně. S rostoucí koncentrací amoniaku rostla také velikost částic (např. u maltózového

koloidu: 47 nm až 352 nm). Také v práci Panáčka a kol.34

se zabývali těmito vlivy, použili

však ještě i jiné látky – galaktosu a laktosu. Syntetizované disperze poskytli ke studiu

antibakteriální aktivity. Nejúčinnějšími disperzemi byly ty, kde se k redukci použili

disacharidy (maltosa a laktosa). Ty také vytvořili malé částice (maltosa 25nm). Naopak

velké částice, které byly vytvořeny galaktosou, vykazovaly nejmenší antibakteriální

aktivitu.

Jinou, avšak stále poměrně široce využívanou metodou je redukce kyselinou

askorbovou. V práci Qin a kol.35

můžeme například pozorovat vliv pH na velikost částic

a také vliv teploty na jejich tvar. Dusičnan stříbrný nechali zreagovat s redukčním činidlem

kyselinou askorbovou a pro stabilizaci částic přidali citrát sodný. Hodnoty pH měnili od

6.0 do 10.5. S rostoucím pH se velikost částic zmenšovala. Pokud byla směs zahřívána

při 30° C ve vodní lázni, vznikaly kulovité částice nepravidelného tvaru. Při zahřátí na

100° C po dobu 2 hodin nepravidelnosti částic vymizely a zůstaly jen výrazně kulovité

částice. Nevýhodou disperzí vzniklých kyselinou askorbovou je jejich nestabilita. Proto se

u těchto postupů přidávají různé stabilizační látky např. PVP, PVA, Daxad 19 (sodná sůl

polynaftalen sulfonátu s formaldehydem).30, 36

4.3. Laserová ablace

Laserová ablace pevného materiálu v nějakém roztoku je poměrně nová avšak

velmi slibná metoda přípravy nanočástic kovů. Velkou výhodou je vznik čistých koloidů,

protože odpadá nutnost přídavku chemických reakčních činidel. Čistota koloidu pak hraje

významnou roli v dalších aplikacích, např. SERS. To, jaké budou mít částice vlastnosti,

z velké většiny závisí na jejich velikosti. Proto se mnohé studie zabývají právě tímto

aspektem. Bylo zjištěno, že na velikost částic má vliv doba, intenzita pulzů, počet pulzů

i vlnová délka laseru. Právě posledně jmenovaným aspektem se zabývali Tsui a kol.19

, kdy

zkoušeli připravit stříbrné nanočástice pomocí laserů tří vlnových délek: 1064, 532

a 355 nm. Na stříbrný terčík položený ve vodě vysílali pulzy laseru po 30 minut za stálého

míchání vznikající disperze. Vznikly velmi malé částice stříbra (12 – 29 nm). Jejich

velikost klesala s klesající vlnovou délkou laseru.

23

4.4. Redukce gama zářením

Velmi malé nanočástice stříbra s rozměry v řádech jednotek nanometrů můžeme

získat díky ozařování γ-paprsky. Pozoruhodná je velká monodisperzita vzniklých koloidů.

Problémem však bývá krátká životnost takto malých částic ve vodném prostředí. Proto se

přidávají různé stabilizační látky, které umožní stálost částic i na několik měsíců.

Příkladem takovéhoto stabilizátoru může být chitosan. Ten se přidá k vodnému roztoku

AgNO3 a směs se ještě nechá určitou dobu probublávat dusíkem, aby se odstranil kyslík

z roztoků. Následně se ozařuje γ-paprsky za pokojové teploty. Vzniklé nanočástice mají

výrazný kulovitý tvar a velikostí se pohybují okolo 5 nm.37, 38

4.5. Fotochemická metoda

Snadnou metodou syntézy nanočástic je ozařování reakční směsi UV zářením.

V reakční směsi, která obsahuje stříbrnou sůl, vhodnou organickou látku a případně nějaký

stabilizátor, se pod UV zářením uvolní volné radikály z organické látky a ty pak fungují

jako redukční činidlo stříbrných iontů. Výhodné je najít takové látky, které by fungovaly

nejen jako zdroj volných radikálů, ale i jako stabilizátor částic. Příkladem takovéhoto

systému je práce Mallick a kol.39

Jako zdroj stříbrných částic použili dusičnan stříbrný

a redukční a zároveň stabilizační látku MPEG (methoxypolyethylen glykol). V závislosti

na čase ozařování syntetizovali disperze s částicemi o různé velikosti. Po 10 minutách se

pohybovala velikost částic kolem 7 – 15 nm, se vzrůstající dobou ozařování se tvořily

částice větší (po 25 min 35 – 60 nm), delší ozařování nevykazovalo žádné další změny ve

velikosti částic, protože veškeré stříbrné ionty už byly zredukované.

5. Aplikace nanočástic stříbra

Nanočástice stříbra se používají v mnoha odvětvích díky svým unikátním

vlastnostem. Kvůli velké ploše povrchu a vysoké povrchové energii je vhodné používat

tyto látky jako katalyzátory. Díky své vnitřní struktuře mají optické a vodivostní vlastnosti,

které se využívají v analytických technikách jako je povrchem zesílená Ramanova

spektroskopie a také pro konstrukci biosenzorů a nanosenzorů. Nejrozšířenější je však

24

0

200

400

600

800

1000

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Nu

mb

er

of

do

cum

en

ts

Year

jejich používání kvůli antibakteriální a antimykotické aktivitě. Těchto vlastností se

nevyužívá jen v oblasti medicíny, ale i v nejrůznějších komerčních produktech.

5.1. Povrchem zesílená Ramanova spektroskopie

Velmi citlivou spektroskopickou technikou pro detekce i nízkých koncentrací

chemických látek je povrchem zesílená Ramanova spektroskopie (označována zkratkou

z angličtiny SERS). V závislosti na použité metodě může dosahovat faktor zesílení

Ramanova signálu od 104 až po

10

15.3 Ačkoliv je tato technika známa už od konce

minulého století, jejího plného rozsahu a možností využití se dosahuje až v posledních

patnácti letech. Svědčí o tom i rostoucí zájem a množství publikací o této problematice

(obrázek 4). To je zapříčiněno nejen pokrokem v přístrojovém vybavení a rozvojem vědy

zabývající se nanočásticemi a nanotechnologiemi, ale také možností detekování jedné

molekuly (1997), což byl významný mezník v rozvoji SERS. Také příprava vzorku pro

SERS, kterého stačí i malé množství, je velmi snadná. Všechny tyto výhody dělají

z povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie oblíbenou a široce využívanou techniku

nejen v oblasti chemie, ale i fyziky, biologie, medicíny, farmakologie, atd.40

Obr. 4. Analýza dat publikací zabývajících se SERS od 1979. Data pocházejí z databáze

Scopus (www.scopus.com) z 10. 03. 2013 po zadání klíčových výrazů "surface-enhanced

raman" a "SERS" v oblastech Title, Abstract a Keywords.

25

5.1.1. Historie

V sedmdesátých letech minulého století se vědci zabývali možnými způsoby

pozorování molekul na površích pokrytých monovrstvou. Po úspěšných pokusech

pozorování různými optickými technikami (např. infračervená spektroskopie), se dostala

na řadu i Ramanova spektroskopie. Kvůli slabým signálům, které Ramanova spektroskopie

poskytuje, nebyla tato metoda považována za příliš vhodnou možnost. Přesto byl proveden

experiment pozorování pyridinu adsorbovaného na povrchu elektrochemicky zdrsněné

stříbrné elektrody. Výsledkem byl nezvykle zesílený signál, který autoři práce

(Fleischmann a kol., 1974) přičítali většímu povrchu elektrody díky jejímu zdrsnění. Tato

práce se stala první publikací se zaznamenaným povrchem zesíleným Ramanovým

signálem i přes fakt, že jej autoři nerozpoznali a pouze pozorovali.

Ačkoliv se zdálo vysvětlení původu většího signálu velmi logické, objevovaly

se výsledky prací, které nezapadaly do této teorie. Dvě nezávisle na sobě vypracované

práce – Jeanmarie a Van Duyne, Albrecht a Creighton – prokázaly a demonstrovaly roku

1977, že pozorovaný signál nemůže být důsledkem většího povrchu, ale že se jedná o jiný

typ signálu. Mechanismus a původ tohoto signálu (nazvaného povrchem zesílený Ramanův

signál) však byly dlouhou dobu nejasné a trvalo asi deset let, než se dospělo k dnešním

obecně přijímaným teoriím.40

5.1.2. Princip

Faktory zesilující Ramanův signál obecně rozdělujeme na dvě hlavní složky:

elektromagnetický mechanismus, který se podílí na celkovém zesílení větší měrou (asi 104)

a chemický mechanismus, o kterém se stále ještě vedou různé diskuze, ale do celkového

zesílení zasahuje poměrně nepatrně (102).

41

Elektromagnetický faktor závisí na lokálním elektromagnetickém poli vznikajícím

v blízkosti kovové nanočástice v důsledku excitací povrchových plasmonových rezonancí.

Abychom z toho získali co největší zesílení, musí být analyzovaná molekula v co největší

blízkosti povrchu nanočástice (nejlépe pod 10 nm od povrchu). V ideálním případě je

molekula adsorbována na povrch nanočástice.

O mnoho menší vliv na celkové zesílení má chemický mechanismus neboli také

mechanismus přenosu náboje. Tato teorie počítá s molekulou naadsorbovanou na povrch

kovové nanočástice chemickou vazbou a následným přenosem náboje mezi nimi.

26

Při vhodných podmínkách můžeme dosáhnout faktoru zesílení i přes 105. Faktor

zesílení velmi ovlivňuje používaný laser a veškeré aspekty s tím související, také volba

substrátu pro SERS hraje významnou roli, stejně tak i analyt a jeho vlastnosti.40

Pravidla

vhodného výběru substrátu pro SERS byla dokonce sepsána již v začátcích povrchem

zesílené Ramanovi spektroskopie roku 1982 M. Moskovitsem.42

5.1.3. Uplatnění SERS

Jedna kovová nanočástice může poskytovat zesílení Ramanova signálu i 106 krát,

ale už při agregaci dvou a více nanočástic dosahuje faktor zesílení až k 1014

. Mezi

nanočásticemi totiž vznikají místa zvaná „hot spots“, která poskytují toto mimořádně velké

zesílení. K takovéto agregaci nanočástic se využívá přídavku soli jako je chlorid sodný,

chlorid hořečnatý, síran hořečnatý, atd. Stříbrné nanočástice se ukázaly být vhodnou

volbou při SERS experimentech, díky jejich fyzikálně-chemickým vlastnostem. Běžnou

metodou přípravy stříbrných nanočástic je redukce dusičnanu stříbrného citrátem sodným.

Velikost částic můžeme korigovat změnou koncentrace citrátu. Dostaneme tak částice

o průměrné velikosti od 30 nm až po 200 nm.32

Pozorováním vlivu agregačních činidel na

zesílení Ramanova signálu se zabývali ve své práci Meyer a Smith.43

Dospěli k závěru, že

chloridové soli způsobují větší zesílení než sulfátové soli, zvláště pak chlorid hořečnatý.

Do třiceti minut po přídavku chloridu hořečnatého velikost nanočástic vzrostla

několikanásobně. Největšího zesílení Ramanova signálu bylo dosaženo při použití

stříbrných nanočástic zagregovaných do velikostí 220 až 290 nm. Větší agregáty (přes

340 nm) již poskytovaly špatné nebo žádné zesílení. Agregaci nanočástic a vliv analytu

zkoumali také Schenk a kol.44

V této práci nejprve pozorovali vliv přídavku adeninu na

zesílení Ramanova signálu. Jeho přítomnost již při přípravě nanočástic nezpůsobila téměř

žádnou agregaci a ani SERS signál nebyl nijak výrazný. Přidal-li se adenin až po ukončení

tvorby nanočástic, došlo pomalu k agregaci a po 25 minutách dosáhlo zesílení Ramanova

signálu maxima. Pokud se však spolu s adeninem přidal roztok chloridu sodného

do nanočástic, agregace proběhla mnohem rychleji a maximálního zesílení signálu bylo

dosaženo již po 8 minutách. Agregace nanočástic je tedy klíčová pro vznik „hot spots“,

díky nimž můžeme dosáhnout výrazného zesílení signálu, a použití aktivačních činidel –

chloridů je výhodný způsob jak tohoto dosáhnout.

Právě „hot spots“ umožňují detekci i jediné naadsorbované molekuly (SM SERS).

Mezi první práce, které se zabývají touto možností, patří i publikace Kneipp a kol.45

27

Zagregováním nanočástic stříbra pomocí NaCl se vytvořily shluky o velikosti

100 – 150 nm. Přídavek roztoku krystalové violeti o velmi nízké koncentraci byl zvolen

tak, aby poměr molekul barviva a stříbrných klastrů zajišťoval velmi vysokou

pravděpodobnost, že se na jeden klastr naadsorbuje pouze jedna molekula barviva. Bylo

dosaženo faktoru zesílení 1014

, což umožnilo pozorování jedné molekuly barviva na

jednom stříbrném agregátu. Ne všechny shluky však fungují jako „hot spots“. Je důležité,

aby tvorba těchto klastrů byla co nejpřesněji definovaná a tím pádem i reprodukovatelná.

V takovém případě se SM SERS stává velmi důležitým analytickým nástrojem.

Povrchem zesílená Ramanova spektroskopie se tedy prokázala být vhodnou

metodou pro detekci i opravdu nízkých koncentrací analytu za použití vhodného substrátu.

Pro studium kvantity analytu se však objevují určitá omezení související především se

SERS substrátem. V publikaci Sackmann a kol. 46

používali jako substrát stříbrný koloid

připravený redukcí citrátem. Modelovým analytem zvolili adenin. Ten byl sice snadno

detekován i při nejnižší studované koncentraci 1.10-7

mol·l-1

a byla zjištěna

i reprodukovatelnost SERS signálu, ale u vyšších koncentrací adeninu reprodukovatelnost

mizí pravděpodobně z důvodů nasycení, což způsobuje velké odchylky. Určení neznámé

koncentrace adeninu by tedy bylo možné pouze v omezeném rozsahu koncentrací. Hlavní

komplikací autoři považují právě přípravu substrátu, protože při redukci stříbrných

nanočástic hraje velkou roli mnoho různých faktorů a její kontrola je složitá. Při požití

SERS substrátu s nanočásticemi stříbra připravenými jinou metodou je však možné

dosáhnout dobrých výsledků kvantitativní analýzy.47

Velmi dobře prozkoumanou oblastí je použití povrchem zesílené Ramanovy

spektroskopie coby biosenzorů. Díky své časové nenáročnosti, potřebou pouze malého

množství vzorku a poskytnutím jednoznačných píků mají metody založené na SERS velký

potenciál pro detekci a identifikaci nejrůznějších biomolekul. U větších a složitějších

molekul jako jsou enzymy, proteiny či peptidy získáváme pomocí SERS i informace

o jejich strukturním uspořádání. Přes všechny výhody této metody je stále většina studií

prováděna ve výzkumu a nejsou ještě převedeny do aplikací reálného života. Pro použití

v biomedicíně a biodiagnostice je třeba zajistit např. více biokompatibilní SERS aktivní

substráty.48, 49

Naopak používání SERS v oblastech jako je např. forenzní chemie již

funguje. Na trhu se stále více objevují mobilní lehké Ramanovy spektrometry a i komerčně

vyráběné substráty pro tento účel. Je tak možné identifikovat a detekovat látky (např.

drogy) přímo na místě zásahu.50

Praktické využití našla SERS také při detekci

nebezpečných spór antraxu. Díky vysoké citlivosti dokáže odhalit přítomnost spórů již

28

v malém množství. Stále se však vyvíjí nové komerční substráty, které by dokázaly

detekovat tyto látky ještě při nižších koncentracích.51, 52

5.2. Použití v medicíně a komerčních produktech

Díky svým antibakteriálním účinkům bylo stříbro v minulosti široce využíváno, ať

už se jednalo o Hippokratovu léčbu vředů nebo o léčbu novorozenců s gonokokovými

infekcemi prováděnou C.S.F. Credem. Velkou nevýhodou však byla poměrně vysoká

toxicita iontů stříbra. Až díky možnosti vyrábět malé stříbrné částice se výrazně snížila

toxicita. Nanočástice stříbra vykazují antibakteriální účinky proti velkému množství

bakteriálních druhů (Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, atd.) a dále

také antimykotické účinky (Penicillium citrinum, Aspergillus niger, Candida albicans).

Díky těmto vlastnostem se velká část výzkumu týkající se stříbrných nanočástic

soustřeďuje do oblasti zdravotnictví a možných medicínských aplikací.

Nanočástice stříbra se například přimíchávají do kostního cementu, který pomáhá

zabezpečit spoj mezi kostí a protézou. U těchto operací je poměrně vysoká infekčnost

(1 – 4 %), ale použitím kostního cementu dopovaného nanočásticemi stříbra klesá

infekčnost na 0,4 až 1,8 %. Nanočásticemi stříbra se také impregnují nejrůznější

chirurgické implantáty a katetry.53

Obrovské množství potenciálního využití nanočástic

stříbra je však ještě stále jen ve fázi výzkumu. Například práce o zabránění tvorby zubních

kazů, které jsou způsobovány bakterií Streptococcus mutans. Tomuto celosvětovému

problému se snad bude možné v budoucnosti již dopředu vyhnout.54, 55

Také výzkumu

a rozšiřování funkčnosti obvazového materiálu s nanočásticemi stříbra se věnují mnohé

práce. Tento typ obvazů se používá jak na nejrůznější povrchové rány, tak i na popáleniny

či vředy. Výzkum se zaměřuje především na zvyšování antibakteriální aktivity těchto

obvazů, což se daří v kombinaci chitosan-stříbro.53, 56, 57, 58

Komerční využití stříbrných nanočástic se rychle rozšířilo po celém světě.

Nejčastěji se nanočástice stříbra používají v textilním průmyslu pro zlepšení vlastností

funkčního prádla. Ponožky s přídavkem nanočástic stříbra se například vyznačují

neutralizací zápachu, který tvoří bakterie. Nanočástice stříbra se také uplatňují

v materiálech, které jsou v kontaktu s potravinami. Nejedná se jen o různé plastikové obaly

či kuchyňské nádobí, ale můžeme najít i ledničky, které se hlásí k stříbrným nanočásticím.

Také velké množství kosmetických přípravků a pomůcek obsahuje nanočástice stříbra

(př. krémy, deodoranty, make-up, zubní kartáčky, …). Nanočástice stříbra jsou v dnešní

29

době velmi populární a dělají dobrou reklamu, proto se občas objeví i produkty využívající

stříbrné nanočástice v neobvyklých nebo až zbytečných oblastech (mobilní telefon,

kondom, klika, hodinky, deštník, kancelářský papír, …).53, 59

30

EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST

6. Materiál a metody

6.1. Chemikálie

Dusičnan stříbrný (p.a., Fargon), amoniak (25% vodný roztok, p.a., Lach-Ner),

hydroxid sodný (p.a., Lach-Ner), chlorid sodný (p.a., Sigma-Aldrich), D(+)-maltosa

monohydrát (p.a., Sigma-Aldrich), D-glukosa (p.a., Penta), adenin (p.a., Sigma-Aldirch),

aminokyseliny (Calbiochem, USA): alanin, arginin, asparagová kyselina, glutamová

kyselina, glycin, lysin, methionin, fenylalanin, prolin, serin, tryptofan. Chemikálie nebyly

dále čištěny pro následné použití. Pro přípravu vodných roztoků byla použita deionizovaná

voda.

6.2. Přístrojové vybavení

Velikost nanočástic stříbra byla určena přístrojem 90 Plus Particle Analyser

(Brookhaven Instruments Corporation, USA) pracujícím na principu dynamického

rozptylu světla (DLS). Veškerá UV-Vis absorpční spektra koloidních roztoků nanočástic

stříbra byla měřena spektrofotometrem Specord S600 (Analytic Jena AG, Německo). Pro

ověření velikosti nanočástic byly použity snímky z transmisního elektronového

mikroskopu (TEM) model JEM 2010 (JEOL, Japonsko) při urychlovacím napětí 160 kV.

Hodnoty pH byly kontrolovány přístrojem pH 2700 (Eutech Instruments, USA).

Experimenty zahrnující použití Ramanovy spektroskopie byly prováděny na přístroji DXR

Raman Microscope (Thermo Scientific, USA). Byl použit laser o vlnové délce 532 nm

a maximální síle na vzorek 10 mW.

6.3. Příprava disperze nanočástic stříbra

Nanočástice stříbra byly připraveny modifikovanou Tollensovou metodou

za použití maltosy a glukosy jakožto redukčních látek.

Nanočástice stříbra byly připravovány následujícím postupem: do kádinky

o objemu 50 ml bylo automatickou pipetou přidáno 5 ml roztoku dusičnanu stříbrného

31

(c = 5.10-3

mol·l-1

) a různé množství roztoku amoniaku (c = 0,1 mol·l-1

) potřebného pro

různé koncentrace ve výsledném objemu disperze (0,03; 0,02; 0,01; 0,0075

a 0,005 mol·l-1

), díky čemuž vznikl komplex diaminstříbrného kationtu [Ag(NH3)2]+. Tato

směs byla doplněna vhodným množstvím destilované vody (tak, aby konečný objem

disperze byl 25 ml), 1 ml roztoku hydroxidu sodného (c = 0,24 mol·l-1

) a na závěr byla

přidána redukční látka (c = 5.10-3

mol·l-1

) v množství odpovídající požadované výsledné

koncentraci (1.10-2

; 8.10-3

; 6.10-3

; 4.10-3

; 2.10-3

nebo 1.10-3

mol·l-1

). Po celou dobu

přípravy disperze byla směs míchána magnetickým míchadlem za laboratorní teploty.

Nanočástice stříbra byly také ještě připraveny pozměněním tohoto postupu.

Diaminstříbrný komplex [Ag(NH3)2]+ byl namíchán zvlášť do objemu 5 ml, což odpovídá

množství 2,5 ml dusičnanu stříbrného (c = 1.10-2

mol·l-1

) doplněného roztokem amoniaku

pro výsledné koncentrace od 0,01 po 0,001 mol·l-1

. Tento komplex se přidával do již

připravené směsi vody, hydroxidu a redukční látky (výsledné koncentrace 1.10-2

nebo 1.10-3

mol·l-1

), která byla intenzivně míchána magnetickým míchadlem. Po smíchání

obou složek (objem odpovídá 25 ml) se spustila reakce. Množstvím hydroxidu sodného se

regulovala hodnota pH disperze tak, aby stříbrné nanočástice vznikaly za pH 10,50.

Pro disperze s nízkou koncentrací amoniaku ve stříbrném komplexu postačilo pouze

několik desítek mikrolitrů hydroxidu, se zvyšující se koncentrací amoniaku rostlo

i potřebné množství hydroxidu sodného pro dosažení hodnoty pH 10,50.

Připravené nanočástice stříbra byly proměřeny metodou dynamického rozptylu

světla (DLS) pro určení jejich průměrné velikosti. Byla změřena absorpční spektra

desetinásobně zředěných vzorků na UV-Vis spektrofotometru. V případě některých vzorků

byly pořízeny snímky transmisním elektronovým mikroskopem (TEM).

6.4. Aktivace nanočástic stříbra a jejich kinetika

Stříbrné nanočástice byly pro další experimenty aktivovány chloridem sodným.

V křemenné kyvetě bylo smícháno 0,2 ml disperze připravených nanočástic stříbra s 0,7 ml

destilované vody a 0,1 ml chloridu sodného o koncentraci zásobního roztoku 4 mol·l-1

a směs byla řádně promíchána. Výsledná koncentrace chloridu sodného v reakčním

systému tak byla 400 mM.

Pro vybrané disperze nanočástic stříbra byl zkoumán průběh kinetiky jejich

aktivace chloridovými ionty. Reakční směs aktivovaných nanočástic byla ihned

po přídavku chloridu a důkladném promíchání sledována pomocí měření průměrné

32

velikosti částic a zaznamenáváním UV-Vis absorpčních spekter. Průměrná velikost částic

byla získána metodou dynamického rozptylu světla (DLS). Měření probíhalo po dobu

20 minut, kdy byla každou minutu zaznamenána průměrná hodnota. Absorpční spektra

roztoku aktivovaných nanočástic stříbra byla také měřena po dobu 20 minut v intervalu

jednotlivých snímání 20 sekund proti čisté destilované vodě.

6.5. Experimenty povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie

Měření spekter povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie bylo prováděno

za použití laseru o vlnové délce záření 532 nm. Jako modelový analyt byl použit adenin.

V první fázi byl zkoumán vliv pořadí, ve kterém se přidával chlorid sodný a analyt.

Chlorid sodný, který aktivuje stříbrné nanočástice, se přidával buď před přídavkem

analytu, nebo až po na závěr. Směs měřená Ramanovou spektroskopii obsahovala 0,2 ml

roztoku nanočástic stříbra, 0,69 ml destilované vody, 0,1 ml roztoku chloridu sodného

a 10 μl vodného roztoku adeninu (o koncentracích 1.10-5

, 1.10-6

nebo 1.10-7

mol·l-1

).

Pro SERS experimenty byly použity nanočástice stříbra s různou velikostí

připravené různými způsoby. Byla naměřena spektra adeninu na nanočásticích

připravených pomocí maltosy i glukosy. Postup a objemy jednotlivých složek měřené

směsi byly stejné jako v předchozím případě. Aktivační látka – chlorid sodný byl přidán

před analytem.

Po těchto experimentech a zhodnocení postupu dosahujícího nejlepší zesílení

signálu, byla naměřena spektra pro 11 aminokyselin.

7. Výsledky a diskuze

7.1. Příprava nanočástic redukcí komplexu [Ag(NH3)2]+ maltosou

Při přípravě nanočástic stříbra modifikovaným Tollensovým postupem byla nejprve

použita jako redukční látka maltosa. Na obrázku 5 můžeme pozorovat mírný trend, kdy

s rostoucí koncentrací maltosy vznikají menší částice. Mírný vliv na velikost nanočástic

má také koncentrace amoniaku. Nejvýrazněji se však vliv amoniaku projevil na době

reakce. Při nízkých koncentracích amoniaku reakční směs zreagovala do 10 minut, naopak

33

při nejvyšší koncentraci amoniaku (c = 0,03 mol·l-1

) se doba reakce přibližovala až jedné

hodině, obzvláště při použití maltosy o koncentraci 1.10-3

mol·l-1

.

Obr. 5. Závislost velikosti nanočástic na koncentraci maltosy pro různé koncentrace

amoniaku.

Pro každou koncentraci maltosy byla změřena kromě průměrné velikosti částic

i UV-Vis spektra. Jak je však patrné z obrázku 5, velikosti nanočástic se se změnou

koncentrace maltosy významně neměnily. Z tohoto důvodu jsou uvedena pouze vybraná

spektra pro některé koncentrace maltosy (obrázky 6 – 8).

0

10

20

30

40

50

60

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012

Prů

mě

rná

velik

ot

část

ic (

nm

)

Koncentrace maltosy (mol·l-1)

0,03

0,02

0,01

0,0075

0,005

34

Obr. 6. Souhrn UV-Vis spekter nanočástic stříbra připravených redukční látkou maltosou

o koncentraci 1.10-2

mol·l-1

pro jednotlivé koncentrace amoniaku.

Obr. 7. Souhrn UV-Vis spekter nanočástic stříbra připravených redukční látkou maltosou

o koncentraci 6.10-3

mol·l-1

pro jednotlivé koncentrace amoniaku.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

0,03

0,02

0,01

0,0075

0,005

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

0,03

0,02

0,01

0,0075

0,005

35

Obr. 8. Souhrn UV-Vis spekter nanočástic stříbra připravených redukční látkou maltosou

o koncentraci 1.10-3

mol·l-1

pro jednotlivé koncentrace amoniaku.

Obr. 9. TEM snímky nanočástic stříbra připravených redukční látkou maltosou

o koncentraci 1.10-3

mol·l-1

pro koncentraci amoniaku 0,03 mol·l-1

.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

0,03

0,02

0,01

0,0075

0,005

36

Obr. 10. TEM snímky nanočástic stříbra připravených redukční látkou maltosou

o koncentraci 1.10-3

mol·l-1

pro koncentraci amoniaku 0,005 mol·l-1

.

Snímky pořízené transmisním elektronovým mikroskopem zobrazují nanočástice

stříbra připravené při koncentraci maltosy 1.10-3

mol·l-1

, kdy vznikaly nepatrně větší

nanočástice než při použití vyšších koncentrací. Při srovnání obrázku 9, který odpovídá

použité koncentraci amoniaku 0,03 mol·l-1

a obrázku 10 (koncentrace amoniaku

0,005 mol·l-1

) je patrné, že při použití nižší koncentrace amoniaku má vzniklá disperze

nanočástic stříbra výrazně monodisperznější charakter. Velikosti částic u této disperze jsou

také v dobré shodě s výsledky naměřenými metodou DLS. Při použití vyšší koncentrace

amoniaku (0,03 mol·l-1

) dochází ke vzniku polydisperzního systému, kde jsou vedle částic

s velikostí okolo 20 nm i větší částice s velikostí 60 nm. Metoda DLS měření velikosti

částic tedy není pro tyto systémy příliš vhodná, jelikož z výsledné průměrné hodnoty

nemůžeme určit reálnou velikost částic.

7.1.1. Příprava nanočástic stříbra redukcí komplexu [Ag(NH3)2]+

maltosou – metoda předpřipraveného komplexu [Ag(NH3)2]+

Nanočástice stříbra byly také připravovány přidáním již vzniklého aminostříbrného

komplexu do redukční látky – maltosy. Experimenty byly uskutečněny pouze pro dvě

koncentrace maltosy (c = 1.10-3

nebo 1.10-2

mol·l-1

), jelikož bylo zjištěno z předchozích

37

experimentů, že koncentrace maltosy nemá výraznější vliv na velikost vznikajících

nanočástic. Naopak koncentrace amoniaku toto ovlivňuje, a proto byly připraveny disperze

koloidního stříbra s různou koncentrací amoniaku v rozsahu od 0,01 po 0,001 mol·l-1

.

Obr. 11. Závislost velikosti stříbrných nanočástic připravených redukcí [Ag(NH3)2]+

maltosou o koncentraci 1.10-3

mol·l-1

na koncentraci amoniaku.

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012

Prů

mě

rná

velik

ot

část

ic (

nm

)

Koncentrace amoniaku (mol·l-1)

38

Obr. 12. Souhrn UV-Vis spekter stříbrných nanočástic připravených redukcí [Ag(NH3)2]+

maltosou o koncentraci 1.10-3

mol·l-1

pro jednotlivé koncentrace amoniaku.

Průměrnou velikost částic připravených stříbrných částic a její závislost na

koncentraci amoniaku při koncentraci maltosy 1.10-3

mol·l-1 znázorňuje obrázek 11.

Při nízké koncentraci maltosy a zároveň i nízké koncentraci amoniaku v roztoku se částice

velmi rychle srážely a vzniklá disperze byla zakalená. To naznačovalo vznik velkých

částic, což se potvrdilo nejen měřením na DLS, ale také i díky naměřeným UV-Vis

spektrům (obrázek 12). S rostoucí koncentrací amoniaku se velikost nanočástic

zmenšovala a pohybovala se okolo 40 nm. Píky v souhrnu grafů jsou u těchto vyšších

koncentrací amoniaku výraznější, než u koncentrací při nichž vznikaly velké částice.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

0,01

0,0075

0,003

0,005

0,002

0,001

39

Obr. 13. Závislost velikosti stříbrných nanočástic připravených redukcí [Ag(NH3)2]+

maltosou o koncentraci 1.10-2

mol·l-1

na koncentraci amoniaku.

Obr. 14. Souhrn UV-Vis spekter stříbrných nanočástic připravených redukcí [Ag(NH3)2]+

maltosou o koncentraci 1.10-2

mol·l-1

pro jednotlivé koncentrace amoniaku.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012

Prů

mě

rná

velik

ost

čás

tic

(nm

)

Koncentrace amoniaku (mol·l-1)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

0,01

0,0075

0,005

0,003

0,002

0,001

40

Při použití vyšší koncentrace maltosy (c = 1.10-2

mol·l-1

) měly vzniklé nanočástice

průměrnou velikost poměrně podobnou (obrázek 13). V závislosti na koncentraci

amoniaku je ovšem patrná minimální hodnota velikosti částic při koncentraci 0,003 mol·l-1

.

S rostoucí koncentrací od tohoto minima částice rostou do přibližně 35 nm. Obrázek 14

shrnuje spektra z UV-Vis spektrofotometru. Protože velikost všech vzniklých částic se

pohybuje pouze v malém rozmezí (32-35 nm), nelze tyto změny pozorovat na získaných

spektrech.

7.2. Příprava nanočástic redukcí komplexu [Ag(NH3)2]+ glukosou

Další látkou, pro kterou byl zkoumán vliv její koncentrace na velikost vytvořených

částic, byla glukosa. Průměrné velikosti nanočástic stříbra vzniklé při různých

koncentracích glukosy byly změřeny pomocí metody DLS a z těchto dat byl sestaven graf

na obrázku 15. Z tohoto grafu vyplývá, že změna koncentrace glukosy v uvedeném

rozsahu ovlivňovala pro danou koncentraci amoniaku velikost částic stříbra jen velmi

mírně. Ovlivnění velikosti částic bylo znatelnější se změnou koncentrace amoniaku.

Rozdíly velikostí nanočástic při použití nejvyšší a nejnižší studované koncentrace

amoniaku jsou okolo 20 nm. I v tomto případě záležela doba redukce na koncentraci

amoniaku. Doba potřebná pro kompletní redukci se měnila od 10 minut až po 1 hodinu

v závislosti na rostoucí koncentraci amoniaku.

Obr. 15. Závislost velikosti nanočástic na koncentraci glukosy pro různé koncentrace

amoniaku.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012

Prů

měr

ná

velik

ot

část

ic (

nm

)

Koncentrace glukosy (mol·l-1)

0,03

0,02

0,01

0,0075

0,005

41

Z každého vzorku disperze nanočástic stříbra byla zaznamenána UV-Vis spektra.

Ta byla zpracována do grafů tak, aby jednotlivé souhrny spekter odpovídaly vždy jedné

koncentraci glukosy (výsledky demonstrují pouze vybraná spektra, obrázky 16 – 18).

I z UV-Vis spekter je patrné, že nejmenší částice vznikaly při koncentraci amoniaku

0,005 mol·l-1

, což dokazuje vysoký úzký pík s maximem při 420 nm. Naopak vznik větších

nanočástic potvrzuje spektrum pro koncentraci amoniaku 0,03 mol·l-1

, pro které je typické,

že maximum píku je posunuté k delším vlnovým délkám a navíc je nižší a pík je širší.

Obr. 16. Souhrn UV-Vis spekter nanočástic stříbra připravených redukční látkou glukosou

o koncentraci 1.10-2

mol·l-1

pro jednotlivé koncentrace amoniaku.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

0,03

0,02

0,01

0,0075

0,005

42

Obr. 17. Souhrn UV-Vis spekter nanočástic stříbra připravených redukční látkou glukosou

o koncentraci 6.10-3

mol·l-1

pro jednotlivé koncentrace amoniaku.

Obr. 18. Souhrn UV-Vis spekter nanočástic stříbra připravených redukční látkou glukosou

o koncentraci 1.10-3

mol·l-1

pro jednotlivé koncentrace amoniaku.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

0,03

0,02

0,01

0,0075

0,005

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

0,03

0,02

0,01

0,0075

0,005

43

Obr. 19. TEM snímky nanočástic stříbra připravených redukční látkou glukosou

o koncentraci 1.10-3

mol·l-1

pro koncentraci amoniaku 0,03 mol·l-1

.

Obr. 20. TEM snímky nanočástic stříbra připravených redukční látkou glukosou

o koncentraci 1.10-3

mol·l-1

pro koncentraci amoniaku 0,005 mol·l-1

.

Pro potvrzení výsledků získaných metodou DLS byly odebrány vzorky, které byly

dány na pozorování transmisním elektronovým mikroskopem. Tyto vzorky odpovídají

disperzím připraveným redukcí diaminstříbrného komplexu glukosou o koncentraci

1.10-3

mol·l-1

. TEM snímky na obrázku 19, které obsahují částice o velikosti přibližně

80 nm a snímky na obrázku 20 s částicemi okolo 40 nm potvrzují výsledky měření

44

velikosti částic metodou DLS. Navíc na snímcích vidíme, že použitím nižší koncentrace

amoniaku (obrázek 20) dochází ke vzniku monodisperznějšího systému.

7.2.1. Příprava nanočástic stříbra redukcí komplexu [Ag(NH3)2]+

glukosou – metoda předpřipraveného komplexu [Ag(NH3)2]+

Vliv koncentrace amoniaku na velikost nanočástic stříbra zredukovaných glukosou

byl také zkoumán při přípravě postupem, u kterého se smíchává zvlášť aminostříbrný

komplex a ten se pak následně přidává do redukční látky s upraveným pH na 10,5.

Ke studiu byly zvoleny dvě koncentrace glukosy (c = 1.10-3

a 1.10-2

mol·l-1

) tak, aby byl

patrný jejich vliv na průměrnou velikost částic. Bylo studováno šest různých koncentrací

amoniaku ve finální disperzi (0,01; 0,0075; 0,005; 0,003; 0,002 a 0,001 mol·l-1

).

Obr. 21. Závislost velikosti stříbrných nanočástic připravených redukcí [Ag(NH3)2]+

glukosou o koncentraci 1.10-3

a 1.10-2

mol·l-1

na koncentraci amoniaku.

Závislost velikosti vzniklých nanočástic stříbra pro dvě použité koncentrace

glukosy na koncentraci amoniaku shrnuje obrázek 21. Při nižší koncentraci glukosy se

tvořily větší nanočástice než při vyšší koncentraci. U obou koncentrací se však projevoval

podobně vliv amoniaku. Použitím nejnižší koncentrace amoniaku vznikaly částice

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012

Prů

měr

ná

velik

ot

část

ic (

nm

)

Koncentrace amoniaku (mol·l-1)

1E-03

1E-02

45

s největší velikostí (± 90 nm). S rostoucí koncentrací amoniaku nejprve průměrná velikost

nanočástic klesala, až bylo dosaženo minima při koncentraci 0,005 mol·l-1

. Poté se velikost

částic opět zvětšovala.

Obr. 22. Souhrn UV-Vis spekter stříbrných nanočástic připravených redukcí [Ag(NH3)2]+

glukosou o koncentraci 1.10-3

mol·l-1

pro jednotlivé koncentrace amoniaku.

Obr. 23. Souhrn UV-Vis spekter stříbrných nanočástic připravených redukcí [Ag(NH3)2]+

glukosou o koncentraci 1.10-2

mol·l-1

pro jednotlivé koncentrace amoniaku.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

0,01

0,0075

0,005

0,003

0,002

0,001

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

0,01

0,0075

0,005

0,003

0,002

0,001

46

Absorpční spektra potvrzují výsledky získané metodou DLS. Na obrázku 22, který

znázorňuje souhrn spekter disperzí připravených redukcí glukosy o koncentraci

1.10-3

mol·l-1

, vidíme široké píky s maximem okolo 450 nm. S rostoucí velikostí

nanočástic se snižuje výška píku, což koresponduje s výsledky z obrázku 17. Při

koncentraci glukosy 1.10-2

mol·l-1

vznikaly menší částice, čemuž odpovídají spektra na

obrázku 23. Vznik nejmenších nanočástic stříbra při koncentraci amoniaku 0,005 mol·l-1

i

v tomto případě potvrzuje nejvyšší pík.

Obr. 24. TEM snímky stříbrných nanočástic připravených redukcí [Ag(NH3)2]+ glukosou

o koncentraci 1.10-2

mol·l-1

při použití koncentrace amoniaku 0,001 mol·l-1

.

47

Obr. 25. TEM snímky stříbrných nanočástic připravených redukcí [Ag(NH3)2]+ glukosou

o koncentraci 1.10-2

mol·l-1

při použití koncentrace amoniaku 0,003 mol·l-1

.

Obr. 26. TEM snímky stříbrných nanočástic připravených redukcí [Ag(NH3)2]+ glukosou

o koncentraci 1.10-2

mol·l-1

při použití koncentrace amoniaku 0,0075 mol·l-1

.

TEM snímky nanočástic stříbra byly pořízeny ze tří disperzí připravených při

různých koncentracích amoniaku. Tyto snímky zobrazují, jak koncentrace amoniaku

ovlivňuje velikost vznikajících částic. Na obrázku 24, který odpovídá použití koncentrace

amoniaku 0,001 mol·l-1

, jsou patrné zagregované nanočástice stříbra. Ačkoliv jsou

v systému rozpoznatelné i částice o velikosti přibližně 60 nm, agregáty které tyto částice

48

tvoří, dosahují mnohem větších rozměrů, což způsobuje chybu měření metodou DLS.

Použitím amoniaku o koncentraci 0,003 mol·l-1

(obrázek 25) bylo dosaženo podle měření

DLS vzniku částic s nejmenší velikostí okolo 30 nm. Tyto výsledky jsou v dobré shodě

s TEM snímky, kde jsou patrné malé kulovité částice, které mají jen malou tendenci se

shlukovat do větších útvarů. Dalším zvyšováním koncentrace amoniaku dochází opět

ke vzniku větších částic (obrázek 26). Ze snímku je patrné, že se nejedná pouze o tvoření

shluků obsahujících malé částice, ale opravdu o vznik částic s větším průměrem. Výsledky

z měření metodou DLS tedy odpovídají reálné velikosti nanočástic stříbra.

7.3. Aktivace stříbrných nanočástic a sledování kinetiky procesu

rekrystalizace

Stříbrné nanočástice jsou vhodné pro použití v povrchem zesílené Ramanově

spektroskopii především po jejich aktivaci. Jako běžné aktivační činidlo bývají použity

halogenidové ionty, které způsobují tvoření shluků nanočástic a vznik míst zvaných

„hot spots“.

Obr. 27. Průběh změny průměrné velikosti stříbrných nanočástic po přídavku aktivačního

činidla – chloridů pro částice s původní velikostí 43,8 nm; 66,0 nm a 84,2 nm.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 5 10 15 20

Prů

měr

ná

velik

ost

čás

tic

(nm

)

Čas (minuty)

43,8 nm bez NaCl

66,0 nm bez NaCl

84,2 nm bez NaCl

49

Obr. 28. Souhrn UV-Vis spekter nanočástic stříbra po přídavku chloridových iontů v čase.

Původní velikost stříbrných nanočástic byla 43,8 nm.

Obr. 29. Souhrn UV-Vis spekter nanočástic stříbra po přídavku chloridových iontů v čase.

Původní velikost stříbrných nanočástic byla 66,0 nm.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

350 450 550 650 750

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

bez NaCl

20 s

1 min

2 min

3 min

5 min

10 min

20 min

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

350 450 550 650 750

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

bez NaCl

20 s

1 min

2 min

3 min

5 min

10 min

20 min

50

Obr. 30. Souhrn UV-Vis spekter nanočástic stříbra po přídavku chloridových iontů v čase.

Původní velikost stříbrných nanočástic byla 84,2 nm.

Změny, ke kterým došlo po aktivaci nanočástic stříbra chloridovými ionty byly

zaznamenávány měřením průměrné velikosti částic a UV-Vis absorpčními spektry. Byly

vybrány disperze s různou počáteční velikostí částic (40 nm, 60 nm a 80 nm). Pro přípravu

těchto nanočástic byly zvolen postup, v němž se již připravená směs aminostříbrného

komplexu přidává k redukční látce – glukose. Tímto postupem bylo snadno dosaženo

vzniku různě velkých nanočástic pouhou změnou koncentrace amoniaku. K připraveným

nanočásticím byly přidány chloridové ionty a směs byla okamžitě měřena metodou DLS.

Výsledky tohoto měření shrnuje graf na obrázku 27, kde můžeme vidět prudký nárůst

velikosti částic u všech vzorků. Během 20 minut po přídavku aktivačního činidla vzrostla

průměrná velikost až k 400 nm. Tento prudký nárůst velikostí potvrzují i naměřená

absorpční spektra (obrázky 28 – 30). Píky s největším maximem odpovídají původním

disperzím bez přídavku chloridových iontů. S časem se maxima píků rychle snižují, až

mají spektra plochý průběh bez výrazných absorpčních maxim. Tato plochá spektra

odpovídají již zcela rekrystalizovaným částicím o velikosti okolo 400 nm.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

350 450 550 650 750

Ab

sorb

ance

Vlnová délka (nm)

bez NaCl

20 s

1 min

2 min

3 min

5 min

10 min

20 min

51

Obr. 31. TEM snímky stříbrných nanočástic připravených redukcí [Ag(NH3)2]+ glukosou.

Původní nanočástice před přídavkem chloridových iontů (A). Nanočástice stříbra

rekrystalizované po 10 minutách od aktivace chloridovými ionty (B).

Obrázek 31 zachycuje TEM snímky stříbrných nanočástic bez jakékoliv úpravy

(A) a dále nanočástice téže disperze, ke kterým byl přidán 400 mM roztok chloridu

sodného (B). Porovnání těchto dvou snímků potvrzuje výsledky naměřené metodou DLS.

Během 10 minut od přídavku chloridových iontů vzrostla velikost nanočástic

z průměrných 66,0 nm na přibližně 300 nm.

7.4. Experimenty povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie

7.4.1. Optimalizace postupu

Pro následné použití aktivovaných nanočástic stříbra v povrchem zesílené

Ramanově spektroskopii byl zkoumán nejvhodnější postup, kterým lze dosáhnout

největšího zesílení signálu. V těchto experimentech byl využit jako modelový analyt

adenin. Adenin byl vybrán pro svoji velkou důležitost, kterou má mezi organickými

sloučeninami. Je součástí DNA, RNA nebo i ATP. Díky své struktuře – jde o derivát

purinu – má typický intenzivní pík při 735 cm-1

.

A B

52

Obr. 32. Strukturní vzorec purinu (A) a adeninu (B).

Nejprve byl zkoumán vliv pořadí přidávaných složek směsi měřené na SERS. Tato

směs obsahovala disperzi stříbrných nanočástic, vodu, roztok chloridu sodného a adenin.

Tyto experimenty proběhly s nanočásticemi připravenými redukcí maltosou, které měly

před aktivací velikost 29 nm. Byla zkoumána i možnost určení analytu při různých

koncentracích (c = 1.10-5

a 1.10-7

mol·l-1

) a jejich celkový vliv na spektra. Aktivační

činidlo (chlorid sodný) bylo přidáváno buď před přídavkem adeninu (v obrázku část A),

nebo až po smíchání adeninu s disperzí nanočástic a destilovanou vodou (v obrázku

část B).

A B

53

Obr. 33. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum adeninu o koncentraci 1.10-5

mol·l-1

na maltosový nanočásticích stříbra aktivovaných chloridovými ionty. Přídavek aktivačního

činidla před adeninem (A) a po přidání adeninu (B).

Obr. 34. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum adeninu o koncentraci 1.10-7

mol·l-1

na maltosových nanočásticích stříbra aktivovaných chloridovými ionty. Přídavek

aktivačního činidla před adeninem (A) a po přidání adeninu (B).

734,61

A

800

1200

1600

B

800

1200

1600

600 800 1000 1200 1400 1600

Raman shift (cm-1)

735,22 A

400

800

1200

1600

B

400

800

1200

1600

600 800 1000 1200 1400 1600

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

54

Pokud porovnáme píky adeninu v obrázku 33, kde byla použita koncentrace

adeninu 1.10-5

mol·l-1

, zjistíme, že pík odpovídající přídavku chloridových iontů až po

přidání adeninu je větší. Pozadí, které běžně poskytuje maltosový koloid, je naopak

utlumené. Při snížení koncentrace adeninu na 1.10-7

mol·l-1

však dostáváme opačné

výsledky (obrázek 34). Vyššího píku a tedy většího zesílení signálu bylo dosaženo, když se

aktivační činidlo přidalo již před adeninem. Koncentrace analytu tedy ovlivňuje průběh

aktivace a rekrystalizace nanočástic. Pro měření nízkých koncentrací, k nimž se povrchem

zesílená Ramanova spektroskopie hlavně využívá, je vhodné přidávat aktivační činidlo již

před samotným přídavkem analytu.

Obr. 35. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum adeninu o koncentraci 1.10-6

mol·l-1

na nanočásticích stříbra aktivovaných chloridovými ionty. Nanočástice stříbra připraveny

redukcí [Ag(NH3)2]+ maltosou (A) a glukosou (B).

734,61

A

600

1000 1400 1800

B

600 1000

1400

1800

600 800 1000 1200 1400 1600

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

55

Obr. 36. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum adeninu o koncentraci 1.10-7

mol·l-1

na nanočásticích stříbra aktivovaných chloridovými ionty. Nanočástice stříbra připraveny

redukcí [Ag(NH3)2]+ maltosou (A) a glukosou (B).

V dalších experimentech byl adenin měřen na stříbrných nanočásticích

zredukovaných maltosou nebo glukosou a byla zkoumána vhodnost těchto disperzí pro

jejich následné praktické použití. I v tomto případě byla měřena spektra pro více

koncentrací adeninu, aby se tak lépe prokázaly výsledky. V obrázcích 35 a 36 můžeme

v horní části (A) vidět spektra odpovídající adeninu na maltosových nanočásticích (29 nm).

Spodní část (B) jsou spektra adeninu na nanočásticích zredukovaných glukosou (60 nm).

Z obou obrázků dostáváme stejné výsledky a to, že použitím glukosového koloidu

dosáhneme většího zesílení signálu. Další významnou výhodou je také mnohem menší

pozadí, které glukosový koloid poskytuje. To nám umožňuje zaznamenání a pozorování

píků i pro látky, které nejsou tak výrazné jako adenin.

7.4.2. Měření aminokyselin

Těmito experimenty byl zvolen optimální postup, který se dodržoval pro měření

dalších látek. Tato měření probíhala na stříbrných nanočásticích zredukovaných glukosou.

Aktivační činidlo se přidávalo před přídavkem analytu. Spektra látek byla měřena 15 minut

v tří minutových intervalech.

734,61 A

600

1000

1400

1800

B

600

1000

1400

1800

600 800 1000 1200 1400 1600

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

56

Obr. 37. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum glycinu na nanočásticích stříbra

aktivovaných chloridovými ionty.

Obr. 38. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum alaninu na nanočásticích stříbra

aktivovaných chloridovými ionty.

0 3 6

9

12 15

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

500 1000 1500 2000 2500 3000

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

0 3

6

9

12 15

200

400

600

800

1000

1200

1400

500 1000 1500 2000 2500 3000

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

57

Obr. 39. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum prolinu na nanočásticích stříbra

aktivovaných chloridovými ionty.

Obr. 40. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum fenylalaninu na nanočásticích stříbra

aktivovaných chloridovými ionty.

0 3 6 9 12 15

400

600

800

1000

1200

1400

500 1000 1500 2000 2500 3000

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

0 3

6

9

500

700

900

1100

1300

1500

500 1000 1500 2000 2500 3000

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

58

Obr. 41. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum tryptofanu na nanočásticích stříbra

aktivovaných chloridovými ionty.

Obr. 42. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum serinu na nanočásticích stříbra

aktivovaných chloridovými ionty.

0 3 6

9 12

15

500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

500 1000 1500 2000 2500 3000

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

0

3

6

9 12

15

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

2100

2300

2500

500 1000 1500 2000 2500 3000

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

59

Obr. 43. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum methioninu na nanočásticích stříbra

aktivovaných chloridovými ionty.

Obr. 44. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum lysinu na nanočásticích stříbra

aktivovaných chloridovými ionty.

0 3 6 9

12

15

200

400

600

800

1000

1200

1400

500 1000 1500 2000 2500 3000

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

0

3

6

9

12

200

400

600

800

1000

1200

1400

500 1000 1500 2000 2500 3000

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

60

Obr. 45. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum argininu na nanočásticích stříbra

aktivovaných chloridovými ionty.

Obr. 46. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum asparagové kyseliny na nanočásticích

stříbra aktivovaných chloridovými ionty.

0 3 6 9

12

15

500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

500 1000 1500 2000 2500 3000

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

0

3 6

9

12

15

300

500

700

900

1100

1300

1500

500 1000 1500 2000 2500 3000

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

61

Obr. 47. Povrchem zesílené Ramanovo spektrum glutamové kyseliny na nanočásticích

stříbra aktivovaných chloridovými ionty.

0 3 6

9

12

15

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

500 1000 1500 2000 2500 3000

Raman shift (cm-1)

Ram

an

In

ten

sit

y (

cp

s)

62

ZÁVĚR

Předložená diplomová práce se zabývala přípravou nanočástic stříbra

s různou velikostí. Tyto nanočástice byly připraveny redukcí komplexu

diaminstříbrného kationtu glukosou nebo maltosou o koncentracích 1.10-2

; 8.10-3

;

6.10-3

; 4.10-3

; 2.10-3

nebo 1.10-3

mol·l-1

. Ty však neměly na velikost nanočástic

významný vliv. Velikost stříbrných nanočástic byla snadno ovlivnitelná změnou

koncentrace amoniaku (0,03; 0,02; 0,01; 0,0075 a 0,005 mol·l-1

, případně 0,01;

0,0075; 0,005; 0,003; 0,002 a 0,001 mol·l-1

), především při postupu přípravy

nanočástic, ve kterém se předem namíchaný diaminstříbrný komplex přidával

k vodnému roztoku glukosy. V takové případě bylo dosaženo rozsahu velikostí

stříbrných nanočástic od 40 nm po 100 nm.

Připravené nanočástice stříbra byly použity v povrchem zesílené Ramanově

spektroskopii s laserem o vlnové délce 532 nm. Pro získání co největšího zesílení

signálu se nejprve hledaly optimální podmínky použití připravených nanočástic.

Byla zkoumána kinetika procesu aktivace stříbrných nanočástic roztokem chloridu

sodného o koncentraci 400 mM. Přídavek chloridových iontů způsobil

rekrystalizaci nanočástic stříbra a jejich velikost vzrostla až na 400 nm. Jako

optimální postup pro další použití v povrchem zesílené Ramanově spektroskopii

byly vybrány nanočástice stříbra redukované glukosou a aktivované chloridovými

ionty. Tyto nanočástice byly použity pro měření spekter biogenních aminokyselin.

63

SUMMARY

One of the aims of this diploma thesis was a preparation of silver nanoparticles with

different sizes. Nanoparticles were prepared through the reduction of silver ammonia

complex by glucose or maltose with various concentrations (1.10-2

; 8.10-3

; 6.10-3

; 4.10-3

;

2.10-3

and 1.10-3

mol·l-1

). Different concentrations of glucose or maltose don’t have any

effect on size of silver nanoparticles as the results showed. The size of silver nanoparticles

can be easily controlled by ammonia concentration (0,03; 0,02; 0,01; 0,0075 and 0,005

mol·l-1

or 0,01; 0,0075; 0,005; 0,003; 0,002 and 0,001 mol·l-1

). The most significant effect

of ammonia influence was observed during preparation of silver nanoparticles by a

reduction of the pre-prepared complex [Ag(NH3)2]+ cation with glucose. The average

particle size varied from 40 nm to 100 nm in dependence of ammonia concentration.

The prepared silver nanoparticles were tested in surface enhanced Raman

spectroscopy experiments with laser wavelength of 532 nm. The ideal conditions of using

prepared particles were studying for obtain the strongest enhance of Raman signal. The

activation of silver nanoparticles was study. By adding solution of sodium chloride with

concentration 400 mM was caused a recrystalization of silver nanoparticles and their size

increased to 400 nm. Using silver nanoparticles reduced by glucose and activated by

chloride ions appeared to be the best procedure for the other surface enhanced Raman

spectroscopy experiments. This procedure was followed to collected spectra of biogenic

amino acids.

64

LITERATURA

1. Mody, V. V., Siwale, R. a Singh, A. Introduction to metallic nanoparticles. Journal of

Pharmacy and BioAllied Sciences. 2010, 2, stránky 282-289.

2. Drexler, Eric. “There’s Plenty of Room at the Bottom”. [Online] 29. 12. 2009. [Citace:

25. 4. 2013.] http://metamodern.com/2009/12/29/theres-plenty-of-room-at-the-

bottom%E2%80%9D-feynman-1959/.

3. Hering, K., a další. SERS: a versatile tool in chemical and biochemical diagnostics.

Anal Bioanal Chem. 2008, 390, stránky 113-124.

4. Bartovská, L. a Šišková, M. Fyzikální chemie povrchů a koloidních soustav. 6 vyd.

Praha : VŠCHT Praha, 2010. str. 262. ISBN 978-80-7080-745-3.

5. Plouchý, J. Fyzikální chemie makromolekulárních a koloidních soustav. 3 vyd. Praha :

VŠCHT Praha, 2008. str. 205. ISBN 978-80-7080-674-6.

6. Ščukin, E. D., Percov, A. V. a Amelinová, E. A. Koloidní chemie. Praha : Academia

Praha, 1990. str. 488. ISBN 80-200-0259-6.

7. Shaw, D. J. Inroduction to Colloid and Surface Chemistry. 4. vyd. Oxford :

Butterworth-Heinemann, 1992. str. 306. ISBN 0 7506 1182 0.

8. Ghosh, P. Colloidal and Interface Science. New Delhi : PHI Learning Private Limited,

2009. str. 505. ISBN 978-81-203-3857-9.

9. Vold, R. D. a Vold, M. J. Colloid and Interfece Chemistry. Boston : Addision-Wesley,

1983. str. 694. ISBN 0-201-08195-4.

10. Lebowitz, J., Lewis, M. S. a Schuck, P. Modern analytical ultracentrifugation in

protein science: A tutorial review. Protein Science. 2002, 11, stránky 2067-2079.

11. Nikitskiy, I. A., Chernov, A. I. a Obraztsova, E. D. Sorting Carbon Nanotubes by

Density Gradient Ultracentrifugation. Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics.

2012, 7, stránky 46-49.

12. Hiemenz, P. C. Principles of Colloid and Surface Chemistry. 2. vyd. New York :

Marcel Dekker, Inc., 1986. str. 815. ISBN 0-8247-7476-0.

13. Kvítek, L. a Panáček, A. Základy koloidní chemie. Olomouc : Univerzita Palackého,

2007. str. 52. ISBN 978-80-244-1669-4.

14. Evanoff, D. D. a Chumanov, G. Synthesis and Optical Properties of Silver

Nanoparticles and Arrays. ChemPhysChem. 2005, 6, stránky 1221-1231.

15. Modely elektrické dvojvrstvy. [Online] [Citace: 25. 2. 2013.]

http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-001/hesla/modely_elektricke_dvojvrstvy.html.

16. Hovorka, F. Technologie chemických látek. Praha : VŠCHT Praha, 2005. str. 166.

ISBN 80-7080-588-9.

17. Berg, J. C. An Introduction to Interface and Colloids. London : World Scientific

Publishing Co. Ptc. Ltd., 2010. str. 785. ISBN 978-981-4293-07-5.

18. Henglein, A. Physicochemical Properties of Small Metal Particles in Solution. Journal

of Physical Chemistry. 1993, 97, stránky 5457-5471.

19. Tsui, T., Iryo, K. a Watanabe, N. Preparation of silver nanoparticles by laser ablation

in solution: influence of laser wavelength on particle size. Applied Surface Science. 2002,

202, stránky 80-85.

20. Australian Colloidal Silver Generators. [Online] [Citace: 26. 2. 2013.]

http://www.colloidalsilver.com.au/.

21. Creighton, J. A., Blatchford, Ch., G. a Albrecht, M. G. Plasma resonance

enhancement of Raman scattering by pyridine adsorbed on silver or gold sol particles of

size comparable to the excitation wavelength. Journal of the Chemical Society, Faraday

Transactions 2. 1979, 75, stránky 790-798.

65

22. Song, Ki Chang, a další. Preparation of colloidal silver nanoparticles by chemical

reduction method. Korean J. Chem. Eng. 2009, 26, stránky 153-155.

23. Wojtysiak, S. a Kudelski, A. Influence of oxygen on the process of formation of silver

nanoparticles during citrate/borohydride synthesis of silver sols. Colloids and Surfaces A:

Physicochemical and Engineering Aspects. 2012, 410, stránky 45-51.

24. Liu, F., a další. Surface-enhanced Raman scattering study of riboflavin on

borohydride-reduced silver colloids: Dependence of concentration, halide anions and pH

values. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2012, 85,

stránky 111-119.

25. Schneider, S., Halbig, P. a Graen, H. Photochemistry and Photobiology. 1994, 60,

str. 605.

26. Shirtcliffe, N., Nickel, U. a Schneider, S. Reproducible Preparation of Silver Sols

with Small Particle Size. Journal of Colloid and Interface Science. 1999, 211, stránky 122-

129.

27. Leopold, N. a Lendl, B. A New Method for Fast Preparation of Highly Surface-

Enhanced Raman Scattering (SERS) Active Silver Colloids at Room Temperature by

Reduction of Silver Nitrate with Hydroxylamine Hydrochloride. Journal of Physical

Chemistry B. 2003, 107, stránky 5723-5727.

28. Nickel, U., Castell, A. a Poppl, K. A Silver Colloid Produced by Reduction with

Hydrazine as Support for Highly Sensitive Surface-Enhanced Raman Spectroscopy.

Langmuir. 2000, 16, stránky 9087-9091.

29. Guzmán, M. G., Dille, J. a Godet, S. Synthesis of silver nanoparticles by chemical

reduction method and their antibacterial activity. Journal of Chemical and Biomolecular

Engineering. 2009, 3, stránky 104-111.

30. Zielińskaa, A., Skwarekb, E. a Zaleska, A. Preparation of silver nanoparticles with

controlled particle size. Procedia Chemistry. 2009, 2, stránky 1560-1566.

31. Lee, P. C. a Meisel, D. Adsorption and Surface-Enhanced Raman of Dyes on Silver

and Gold Sols. Journal of Physical Chemistry. 1982, 86, stránky 3391-3395.

32. Pillai, Z. S. a Kamat, P. V. What Factors Control the Size and Shape of Silver

Nanoparticles in the Citrate Ion Reduction Method. Journal of Physical Chemistry B.

2004, 108, stránky 945-951.

33. Kvitek, L., Prucek, R. a Panáček, A. The influence of complexing agent

concentration on particle size in the process of SERS active silver colloid synthesis.

Journal of Materials Chemistry. 2005, 15, stránky 1099-1105.

34. Panáček, A., Kvítek, L. a Prucek, R. Silver Colloid Nanoparticles: Synthesis,

Characterization, and Their Antibacterial Activity. Journal of Physical Chemistry B. 2006,

110, stránky 16248-16253.

35. Qin, Y., Ji, X. a Jing, J. Size control over spherical silver nanoparticles by ascorbic

acid reduction. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2010,

372, stránky 172-176.

36. Sondi, I., Goia, D. V. a Matijevic, E. Preparation of highly concentrated stable

dispersions of uniform silver nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science.

2003, 260, stránky 75-81.

37. Chena, P., Songa, L. a Liu, Y. Synthesis of silver nanoparticles by g-ray irradiation in

acetic water solution containing chitosan. Radiation Physics and Chemistry. 2007, 79,

stránky 1165–1168.

38. Long, D., Wu, G. a Chen, S. Preparation of oligochitosan stabilized silver

nanoparticles by gamma irradiation. Radiation Physics and Chemistry. 2006, 76, stránky

1126–1131.

66

39. Mallick, K., Witcomb, M. J. a Scurrell, M. S. Polymer stabilized silver

nanoparticles: A photochemical synthesis route. Journal of Materials Science. 2004, 39,

stránky 4459 – 4463.

40. Le Ru, E. a Etchegoin, P. Principles of Surface-Enhanced Raman Spectroscopy: and

related plasmonic effects. Oxford : Elsevier, 2009. str. 663. ISBN 978-0-444-52779-0.

41. Baia, M., Astilean, S. a Iliescu, T. Raman and SERS Investigations of

Pharmaceuticals. Berlin : Springer-Verlag, 2008. str. 241. ISBN 978-3-540-78282-7.

42. Moskovits, M. Surface selection rules. Journal of Chemical Physics. 1982, 77, stránky

4408-4417.

43. Meyer, M. W. a Smith, E. A. Optimalization of silver nanoparticles for surface

enhanced Raman spectroscopy of structurally diverse analytes using visible and near-

infrared excitation. Analyst. 2011, 136, stránky 3542-3549.

44. Schenk, J., a další. Simultaneous UV/Vis spectroscopy and surface enhanced Raman

scattering of nanoparticle formation and aggregation in levitated droplets. Analytical

Methods. 2012, 4, stránky 1252-1258.

45. Kneipp, K., a další. Single Molecule Detection Using Surface-Enhanced Raman

Scattering (SERS). Physical Review Letters. 1997, 78, stránky 1667-1670.

46. Sackmann, M. a Materny, A. Surface enhanced Raman scattering (SERS) – a

quantitative analytical tool? Journal of Raman Spectroscopy. 2006, 37, stránky 305-310.

47. Gu, Geun Hoi a Suh, Jung Sang. Silver nanorods used to promote SERS as a

quantitative analytical tool. Journal of Raman Spectroscopy. 2010, 41, stránky 624-627.

48. Bantz, K.C., a další. Recent Progress in SERS Biosensing. Phys Chem Chem Phys.

2011, 13(24), stránky 11551-11567.

49. Han, Xiao X., Zhao, Bing a Ozaki, Yukihiro. Surface-enhanced Raman scattering for

protein detection. Anal Bioanal Chem. 2009, 394, stránky 1719-1727.

50. Sagmuller, B., Schwartze, B. a Brehm, G. Application of SERS spectroscopy to the

identification of (3,4-methylenedioxy)amphetamine in forensic samples utilizing matrix

stabilized silver halides. Analyst. 2001, 126, stránky 2066-2071.

51. Zhang, X., a další. Rapid Detection of an Anthrax Biomarker by Surface-Enhanced

Raman Spectroscopy. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, stránky 4484-4489.

52. Alexander, T.A. a Le, D.M. Characterization of a commercialized SERS-active

substrate and its application to the identification of intact Bacillus endospores. Applied

Optics. 2007, 46, stránky 3878-3890.

53. Chaloupka, K., Malam, Y. a Seifalin, A.M. Nanosilver as a new generation of

nanoproduct in biomedical applications. Trends in Biotechnology. 2010, 28, stránky 580-

588.

54. Espinosa-Cristóbal, L.F., a další. Antimicrobial sensibility of Streptococcus mutans

serotypes to silver nanoparticles. Materials Science and Engineering C. 2012, 32, stránky

896-901.

55. Espinosa-Cristóbal, L.F., a další. Adherence inhibition of Streptococcus mutans on

dental enamel surface using silver nanoparticles. Materials Science and Engineering C.

2013, 33, stránky 2197-2202.

56. Rujitanaroj, P., Pimpha, N. a Supaphol, P. Wound-dressing materials with

antibacterial activity from electrospun gelatin fiber mats containing silver nanoparticles.

Polymer. 2008, 49, stránky 4723-4732.

57. Vimala, K., a další. Fabrication of porous chitosan films impregnated with silver

nanoparticles: A facile approach for superior antibacterial application. Colloids and

Surfaces B: Biointerfaces. 2010, 76, stránky 248–258.

67

58. Abdelgawad, A. M., Hudson, S.M. a Rojas, O.J. Antimicrobial wound dressing

nanofiber mats from multicomponent (chitosan/silver-NPs/polyvinyl alcohol) systems.

Carbohydrate Polymers. 2013.

59. Browse.Customers Products.Nanotechnology Project. [Online] [Citace: 8. 4. 2013.]

http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/browse/.