Вообще, "нано" - это одна миллиардная метра или 10^−9 м, а термин "наночастицы" - это такой размер частиц материала, при котором по крайней мере одно измерение - от 1 до 100 нанометров. По сути, это 10-1000 атомов, плотно упакованных вместе. Нано-золото - это кластер маленьких частиц диаметром от 1 до 100 нанометров. Когда эти наночастицы диспергированы в воде - это и есть коллоидное золото. Раствор имеет синий или фиолетовый цвет (для сферических частиц более 100 нанометров) или насыщенный красный (для более мелких частиц).
Дисперсное золото известно людям с начала времён, как и несколько способов его получения из тетрахлораурата водорода (H[AuCl4]), однако лишь в 1951 году Джон Туркевич (Принстонский университет) разработал методику синтеза наночастиц золота путем обработки тетрахлораурата водорода (H[AuCl4]) лимонной кислотой в кипящей воде. Именно этот метод, в последствии усовершенствованный, считается наиболее оптимальным для получения нано-золота, поскольку позволяет иметь частицы наиболее регулярного размера. В последние годы технология создания золотых наночастиц зашла так далеко, что позволяет программировать их размер и форму.
Почему эта тема так интересна? На самом деле, у нано-золота много применений, но самое важное - преодоление онкологических проблем человечества. Дело в том, что золотые наночастицы крайне точечно и супер-адресно доставляют молекулы химических препаратов к раковым клеткам, при этом здоровые ткани не затрагиваются. Или, другой путь - золотые наночастицы вводят прямо в опухоль, затем их нагревают светом ближнего инфракрасного диапазона. При этом раковые клетки разрушаются, а свет поглощается золотыми наночастицами. Фантастика, правда? Но, это уже реальность!
Ожидается, что в период до 2026 год объем мирового рынка наночастиц золота будет расти с темпом роста 12,7% в год. И это логично, поскольку спрос на диагностику и лечение с использованием нанотехнологий постоянно растёт. А ведь есть ещё и другие отрасли, где нано-золото необходимо!
Для справки: один миллиграмм наночастиц золота стоит от 30 до 90 долларов, в зависимости от размера частиц. Например, частицы золота диаметром 10 нм стоят около 35 долларов за миллиграмм или 35 000 долларов за грамм.
А я предлагаю вам разобрать пару интересных задач про нано-золото.
1. Оцените число атомов в наночастице золота диаметром 3 нм. Радиус атома золота составляет 0,144 нм. Свободным объёмом между атомами пренебречь.
Решаем. Из условия следует, что наночастица имеет форму шара. То есть этот шар наполнен другими шарами - атомами. Поэтому число атомов в частице равно отношению объёма частицы к объёму атома. Используем формулу для расчёта объёма шара:
2. Наночастица, содержащая 55 атомов золота, имеет диаметр 1,4 нм. Оцените радиус атома золота, считая, что атомы в наночастице занимают 70% её объёма.
Понятно, что радиус наночастицы составляет 0,7 нм и можем применить формулу для расчёта объёма сферы:
Обе задачи я взяла из книги В.В. Ерёмина "Теоретическая и математическая химия".
А больше интересного про нано-золото вы найдете в материалах журнала "Медицинская физика".