Влияние наночастиц золота в матрице SiO₂ на спектральные свойства и фотохимию адсорбированных молекул родамина 6Ж и провитамина D

Abstract

Исследовано влияние небольших концентраций наночастиц золота (AuNPs) в композите Au—SiO₂ (0,02% вес.) на спектры поглощения и люминесценции адсорбированного красителя родамина 6Ж (R6G), а также на фотохимическое поведение биологически активной молекулы – провитамина D. В коллоидных растворах AuNPs спектральное поведение молекул красителя R6G определяется его взаимодействием с молекулами стабилизатора из оболочки частицы. Спектры красителя в основном и возбуждённом состоянии мало чувствительны к защищённой слоем стабилизатора частице золота. В гетерогенной системе Au—SiO₂ в вакуумных условиях фотолюминесценция R6G эффективно тушится наночастицами золота. При впуске воздуха адмолекулы воды образуют прослойку между наночастицами (НЧ) и красителем, оптимальную для осуществления резонансного переноса энергии от R6G к НЧ Au и усиления флюоресценции с эффективностью 50—100% в диапазоне мольных соотношений R6G к Au 0,2— 0,25. Кинетика затухания R6G подчиняется биэкспоненциальному уравнению и сильно зависит от соотношения компонентов. Суспензия Au—SiO₂ в растворе 7-дегидрохолестерина (7-ДГХ, провитамин D3) в этиловом спирте не оказывает существенного влияния на его фотопревращения по сравнению с ранее изученной кинетикой фотореакции 7-ДГХ в присутствии SiO₂ . Добавление частиц Au—SiO₂ в нематический жидкий кристалл (НЖК) с примесью 7-ДГХ также не оказало заметного влияния на кинетику фотореакции. Присутствие Au—SiO₂ в высокой концентрации в холестерическом жидком кристалле (ХЖК) с примесью 7-ДГХ привело к смещению полосы селективного отражения ХЖК, по-видимому, вследствие разупорядочения его структуры. При создании гетерогенных композитов на основе НЧ металла в матрице SiO₂ с адсорбированными органическими соединениями и биомолекулами необходимо учитывать возможность образования нескольких адсорбционных состояний молекул на поверхности кремнезёма.

Досліджено вплив невеликих концентрацій наночастинок золота в композиті Au—SiO₂ (0,02% Au мас.) на спектри вбирання та люмінесценції адсорбованого барвника родаміну 6Ж (R6G), а також на фотохемічну поведінку біологічно активної молекулі – провітаміну D. В кольоїдних розчинах наночастинок (НЧ) Au спектральна поведінка молекуль барвника R6G визначається його взаємодією з молекулями стабілізатора, які оточують наночастинки золота. Спектри барвника в основному і збудженому стані мало чутливі до захищеної шаром стабілізатора частинки золота. В гетерогенній системі Au—SiO₂ у вакуумних умовах фотолюмінесценція R6G ефективно гаситься НЧ золота. При впусканні повітря адмолекулі води утворюють прошарок між наночастинками та барвником, оптимальний для того, щоб відбулося резонансне перенесення енергії від R6G до НЧ Au та посилення флюоресценції з ефективністю 50—100% у діяпазоні мольних співвідношень R6G до Au 0,2—0,25. Кінетика згасання R6G підпорядковується біекспоненційному рівнанню та сильно залежить від співвідношення компонентів. Суспензія Au—SiO₂ в розчині 7-дегідрохолестерину (7-ДГХ, провітамін D3) в етиловому спирті не впливає істотно на його фотоперетворення порівняно з раніше вивченою кінетикою фотореакції 7-ДГХ в присутності SiO₂. Додавання частинок Au—SiO₂ в нематичний рідкий кристал з домішкою 7-ДГХ також не виявило значного впливу на кінетику фотореакції. Присутність Au—SiO₂ у високій концентрації в холестеричному рідкому кристалі з домішкою 7-ДГХ призвело до зміщення смуги селективного відбиття кристалу, певно, внаслідок розупорядкування його структури. При створенні гетерогенних композитів на основі НЧ металу в матриці SiO₂ з адсорбованими органічними сполуками та біомолекулями необхідно враховувати можливість утворення декількох адсорбційних станів молекуль на поверхні кремнезему.

Influence of low concentrations of gold nanoparticles (AuNPs) in the Au—SiO₂ composite (0.02 wt.% Au) on the absorption and luminescence spectra of the adsorbed dye Rhodamine 6G (R6G) as well as on the photochemical behaviour of biologically active molecule of provitamin D3 is investigated. In colloidal AuNPs solutions, spectral behaviour of R6G molecules is determined by its interaction with stabilizer localized within the shell of the particle. The R6G spectra in the ground and excited states are not very sensitive to the gold particle protected by the layer of stabilizer. When heterogeneous R6G/Au/SiO₂ system is in vacuum, the R6G photoluminescence is effectively quenched by gold nanoparticles. When air is added, adsorbed water molecules form a layer between the nanoparticles and dye, and resonance energy transfer from R6G to AuNPs accompanied with fluorescence enhancing occurs. The R6G kinetics decay obeys the biexponential equation and strongly depends on the ratio of the components. Au—SiO₂ suspension in the solution of 7-dehydrocholesterol (7-DHC–provitamin D3) in ethanol has no significant effect on its phototransformations compared to previously studied kinetics of the photoreaction of 7-DHC in the presence of SiO₂ . The addition of Au—SiO₂ particles into a nematic liquid crystal (NLC) doped with 7-DHC also does not have a noticeable effect on the kinetics of the photoreaction. The presence of Au—SiO₂ at high concentrations in a cholesteric liquid crystal (CLC) mixed with 7-DHC results in a shift of selective reflection band of CLC, apparently due to the disordering of its structure. When heterogeneous composites based on metal nanoparticles in the SiO₂ matrix with adsorbed organic compounds and biomolecules are fabricated, it is necessary to consider the possibility of formation of several adsorption states of molecules on the surface of silica.