Коллоидное золото: получение и применение¶

Коллоидное золото — это дисперсная система, состоящая из наночастиц золота размером от 1 до 100 нм, равномерно распределённых в жидкой среде (обычно воде). Частицы находятся в коллоидном состоянии, не осаждаются и не растворяются, а их совокупность придаёт раствору характерную окраску — от рубиново-красной до сине-фиолетовой, зависящую от размера и формы частиц. Явление относится к области нанотехнологий и коллоидной химии.

¶История

Коллоидное золото известно с древности: его использовали для окрашивания стёкол и керамики ещё в Древнем Риме и Китае. Знаменитый Ликургов кубок (IV век н. э.) содержит наночастицы золота, придающие стеклу способность менять цвет в зависимости от освещения.

Научное изучение началось в XIX веке. В 1857 году Майкл Фарадей получил устойчивые коллоидные растворы золота и описал их оптические свойства, что заложило основы нанохимии. В 1908 году Густав Ми создал теорию рассеяния света сферическими частицами, объяснившую окраску золей.

¶Получение

Основные методы синтеза делятся на две группы.

¶Восстановление солей золота

Классический способ — восстановление тетрахлороаурат(III) водорода (HAuCl₄) в присутствии восстановителя и стабилизатора:

• Цитратный метод (метод Туркевича) — восстановление цитратом натрия, который одновременно служит стабилизатором. Позволяет получать частицы 10–20 нм.
• Борогидридный метод — восстановление боргидридом натрия, даёт более мелкие частицы (2–5 нм).
• Метод Бруста — Шиффрина — двухфазный синтез тиолат-стабилизированных кластеров.

¶Физические методы

• Лазерная абляция — испарение металла в жидкости под действием лазерного импульса.
• Ионная имплантация и распыление в вакууме.

Устойчивость золя обеспечивается электростатическим (двойной электрический слой) или стерическим (адсорбция полимеров) фактором.

¶Оптические свойства

Окраска обусловлена поверхностным плазмонным резонансом — коллективными колебаниями электронов проводимости под действием света. Положение пика поглощения зависит от:

Анизотропные частицы (наностержни) дают два пика поглощения и дополнительные цвета.

¶Применение

¶Медицина и биология

• Диагностика — иммунохроматографические тесты (в том числе экспресс-тесты), где наночастицы служат меткой.
• Терапия — фототермическая терапия опухолей: нагревание частиц лазером.
• Доставка лекарств — функционализированные частицы как носители.

¶Электроника и сенсорика

• Элементы гибкой электроники и проводящие чернила.
• Химические и биосенсоры на основе плазмонного резонанса.

¶Прочее

• Окрашивание стёкол, керамики, художественных эмалей.
• Катализ (окисление CO, реакции восстановления).
• Оптические фильтры и элементы фотоники.

¶Безопасность и регулирование

Наночастицы золота биосовместимы в умеренных концентрациях, однако их накопление в организме и долговременные эффекты изучаются. В ряде стран оборот наноматериалов регулируется в рамках нанотехнологического законодательства.