Оптичні властивості наноматеріалів

У статті узагальнено дані літератури та результати власних досліджень авторів щодо оптичних властивостей наноматеріалів. Розглянуто квантові розмірні ефекти наночастинок у роботі таких приладів, як резонансні тунельні діоди, лазери на квантових структурах та надчутливі фотодетектори. Описано можлив...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
Hauptverfasser:	Чекман, І.С., Покровський, В.О., Савченко, Д.С.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2014
Schriftenreihe:	Вісник НАН України
Schlagworte:	Статті та огляди
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70664
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Оптичні властивості наноматеріалів / І.С. Чекман, В.О. Покровський, Д.С. Савченко // Вісн. НАН України. — 2014. — № 10. — С. 30-41. — Бібліогр.: 40 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-70664
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-706642014-11-11T03:01:47Z Оптичні властивості наноматеріалів Чекман, І.С. Покровський, В.О. Савченко, Д.С. Статті та огляди У статті узагальнено дані літератури та результати власних досліджень авторів щодо оптичних властивостей наноматеріалів. Розглянуто квантові розмірні ефекти наночастинок у роботі таких приладів, як резонансні тунельні діоди, лазери на квантових структурах та надчутливі фотодетектори. Описано можливість використання наночастинок металів як нового класу міток у дослідженнях біологічних процесів у різних тканинах, що зумовлено істотно вищою інтенсивністю розсіювання світла нанометалами порівняно з інтенсивністю випромінювання найяскравіших флуоресціюючих молекул. Додатково розглянуто оптичні властивості фулеренів С₆₀ і їх можливе застосування в медичній практиці. В статье обобщены данные литературы и результаты собственных исследований авторов, касающиеся оптических свойств наноматериалов. Рассмотрены квантовые размерные эффекты наночастиц в работе таких приборов, как резонансные туннельные диоды, лазеры на квантовых структурах и сверхчувствительные фотодетекторы. Описана возможность использования наночастиц металлов как нового класса меток в исследованиях биологических процессов в различных тканях, что обусловлено интенсивностью рассеяния света нанометаллами, которая заметно превосходит интенсивность излучения наиболее ярких флуоресцирующих молекул. Дополнительно рассмотрены оптические свойства фуллеренов С₆₀ вместе с возможным их использованием в медицинской практике. Literature data and the results of authors’ researches concerning the optical properties of nanomaterials are summarized in the review. We consider quantum size effects of nanoparticles in resonant-tunneling diodes, quantum-dot lasers and hypersensitive photodetectors. It was given an account of possible metal nanoparticles use as a new class labels in the study of biological processes in various tissues, due to the intensity of light scattering by nanometals that significantly exceed the brightest emission intensity of fluorescent molecules. In addition, the optical properties of fullerene C₆₀ were considered, with their possible applications in medical practice. 2014 Article Оптичні властивості наноматеріалів / І.С. Чекман, В.О. Покровський, Д.С. Савченко // Вісн. НАН України. — 2014. — № 10. — С. 30-41. — Бібліогр.: 40 назв. — укр. 0372-6436 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70664 530.15 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Статті та огляди Статті та огляди
spellingShingle	Статті та огляди Статті та огляди Чекман, І.С. Покровський, В.О. Савченко, Д.С. Оптичні властивості наноматеріалів Вісник НАН України
description	У статті узагальнено дані літератури та результати власних досліджень авторів щодо оптичних властивостей наноматеріалів. Розглянуто квантові розмірні ефекти наночастинок у роботі таких приладів, як резонансні тунельні діоди, лазери на квантових структурах та надчутливі фотодетектори. Описано можливість використання наночастинок металів як нового класу міток у дослідженнях біологічних процесів у різних тканинах, що зумовлено істотно вищою інтенсивністю розсіювання світла нанометалами порівняно з інтенсивністю випромінювання найяскравіших флуоресціюючих молекул. Додатково розглянуто оптичні властивості фулеренів С₆₀ і їх можливе застосування в медичній практиці.
format	Article
author	Чекман, І.С. Покровський, В.О. Савченко, Д.С.
author_facet	Чекман, І.С. Покровський, В.О. Савченко, Д.С.
author_sort	Чекман, І.С.
title	Оптичні властивості наноматеріалів
title_short	Оптичні властивості наноматеріалів
title_full	Оптичні властивості наноматеріалів
title_fullStr	Оптичні властивості наноматеріалів
title_full_unstemmed	Оптичні властивості наноматеріалів
title_sort	оптичні властивості наноматеріалів
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Статті та огляди
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70664
citation_txt	Оптичні властивості наноматеріалів / І.С. Чекман, В.О. Покровський, Д.С. Савченко // Вісн. НАН України. — 2014. — № 10. — С. 30-41. — Бібліогр.: 40 назв. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT čekmanís optičnívlastivostínanomateríalív AT pokrovsʹkijvo optičnívlastivostínanomateríalív AT savčenkods optičnívlastivostínanomateríalív
first_indexed	2025-07-05T19:52:50Z
last_indexed	2025-07-05T19:52:50Z
_version_	1836837944277598208
fulltext	30 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 ЧЕКМАН Іван Сергійович — член-кореспондент НАН України, член-кореспондент НАМН України, доктор медичних наук, професор, завідувач кафедри фармакології та клінічної фармакології Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця, Chekman_Ivan@yahoo.co.uk ПОКРОВСЬКИЙ Валерій Олександрович — доктор фізико-математичних наук, професор, завідувач відділу мас-спектрометрії нанорозмірних систем Інституту хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України, ucslnua@gmail.com САВЧЕНКО Дмитро Сергійович — асистент кафедри фармакології та клінічної фармакології Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця, Savchenko_DS@ukr.net ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ НАНОМАТЕРІАЛІВ У статті узагальнено дані літератури та результати власних досліджень авторів щодо оптичних властивостей наноматеріалів. Розглянуто кван- тові розмірні ефекти наночастинок у роботі таких приладів, як резонанс- ні тунельні діоди, лазери на квантових структурах та надчутливі фото- детектори. Описано можливість використання наночастинок металів як нового класу міток у дослідженнях біологічних процесів у різних тканинах, що зумовлено істотно вищою інтенсивністю розсіювання світла наноме- талами порівняно з інтенсивністю випромінювання найяскравіших флуо- ресціюючих молекул. Додатково розглянуто оптичні властивості фулере- нів С60 і їх можливе застосування в медичній практиці. Ключові слова: оптичні властивості, квантові розмірні ефекти, оптичні мітки, наночастинки металів, нановуглець, нанокомпозити. Вступ У кінці ХХ ст. у свідомість людей досить швидко і природно ввійшло коротке слово «нано». Згодом цей префікс означив початок нової ери в розвитку науки і технологій, виокремилися такі напрями, як нанофізика, наноелектроніка, нанохімія, на- нобіологія, наномедицина, нанофармакологія, нанотехнології тощо. Враховуючи нинішній рівень нанонаук і постійно зрос- таюче практичне впровадження їх досягнень у діяльність люд- ства, можна стверджувати, що нанотехнології визначать обрис XXI ст., подібно до того, як відкриття структури атому й гена, створення комп’ютерних технологій стали ознаками минулого століття [1, 2]. В останні десятиліття стрімко розвиваються дослідження в галузі фізики нанорозмірних структур, зокрема оптика нано- композитних матеріалів. Інтерес науковців до цього напряму пояснюється, з одного боку, потребою у створенні нових мате- ріалів, які мають унікальні лінійні та нелінійно-оптичні влас- тивості, а з іншого боку, можливістю отримати відповідь на одне з фундаментальних питань сучасного природознавства: як змінюються властивості речовини при переході від окре- мих атомів і молекул до організованих кластерних структур, і далі — до твердого тіла [3]. УДК 530.15 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 31 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Слід зазначити, що оптичні методи відіграли вирішальну роль у проривних дослідженнях наночастинок і нанокомпозитних матеріалів, оскільки розвиток лазерної оптики і спектро- скопії дав змогу створити прилади, що забез- печують вивчення нанооб’єктів з раніше не- досяжною часовою і просторовою роздільною здатністю [4]. Нині зазначені методи аналізу широко використовують для опису і підтвер- дження ефективності синтезованих наномате- ріалів [5]. Нанорозмірні матеріали часто мають незви- чайні властивості, і цілком природно поста- ють запитання: чим зумовлені такі унікальні характеристики; які фізичні, хімічні, фізико- хімічні чи біологічні фактори впливають на них? Саме тому наноструктуровані матеріали є цікавим об’єктом досліджень для фундамен- тальних і прикладних наук [6]. Зі зменшенням до нанорівня розмірів досліджуваних об’єктів та їх структурних одиниць вони нерідко на- бувають нових властивостей, спричинених квантово-розмірними ефектами, зростаючою роллю поверхневих атомів і взаємодій, а також переважанням хвильових властивостей над корпускулярними. Квантово-розмірний ефект виявляється в тому, що зі зменшенням розміру фізичного об’єкта енергія переходів носіїв за- ряду на інші енергетичні рівні збільшується, підвищується також і енергія квантів, що при цьому випромінюються. Інтерес фізиків, хімі- ків, матеріалознавців до нанорозмірних мате- ріалів пов’язаний як із постановкою принци- пово нових фундаментальних наукових про- блем [7], так і з перспективами розроблення на основі вже відкритих фізичних явищ абсо- лютно нових квантових пристроїв і систем з широкими функціональними можливостями для опто- та наноелектроніки, вимірювальної техніки, інформаційних технологій нового по- коління і засобів зв’язку [1, 2, 4]. Квантові розмірні ефекти в наноматеріалах Завдяки прогресу мікроелектронної техніки в останні десятиліття відбулося помітне змен- шення характерних розмірів напівпровідни- кових елементів, діодів, транзисторів та інших компонент електронних пристроїв [8]. Зменшення розмірів наночастинок зумов- лює принципові зміни їх фізико-хімічних властивостей і, зокрема, радикальні змінення форми й амплітуди оптичних резонансів, як у лінійній, так і в нелінійній оптиці. Насампе- ред, згідно з фундаментальними принципами квантової механіки, зменшення ділянки лока- лізації електрона приводить до зростання енергетичного зазору між дозволеними стана- ми, що спричинює збільшення забороненої зони в напівпровідниках при зменшенні роз- мірів частинок. Як же формуються квантові структури в напівпровідникових матеріалах? Відомо, що ширина забороненої зони, що відокремлює валентну зону від зони провідності в напів- провіднику, залежить від його складу і будови. Якщо привести в контакт два напівпровідни- ки — вузькозонний і широкозонний, то на межі виникне гетероперехід (рис. 1) [3]. Подібні структури зазвичай синтезують ме- тодом молекулярно-променевої епітаксії, який забезпечує вирощування шарів різних напів- провідників з дуже різкою межею (з точністю до моношару), причому поверхня виходить гладкою на атомному рівні і шари не містять дефектів, що дуже важливо для квантових на- ноструктур [4]. Рис. 1. Енергетичні зони на межі двох напівпровідни- ків — широкозонного AlGaAs і вузькозонного GaAs. Е с— нижня межа зони провідності, E v — верхня межа валентної зони. Електрон у зоні провідності, що має енергію, меншу ніж Ec 2 (рівень виділено пунктиром), може знаходитися тільки праворуч від межі — в крис- талі GaAs 32 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Такі квантові наноструктури можна виро- щувати з різних матеріалів, однак найчастіше використовують поєднання арсеніду галію (GaAs) і твердого розчину AlxGa1-xAs, в якому частину атомів галію заміщено атомами алю- мінію. Показник х зазвичай змінюється в ме- жах від 0,15 до 0,35. Ширина забороненої зони в арсеніді галію становить 1,5 еВ, а в твердому розчині AlxGa1-xAs вона зростає зі збільшен- ням показника х. Так, у AlAs (х = 1) ширина забороненої зони дорівнює 2,2 еВ, тобто вона на 0,7 еВ більша, ніж у GaAs. Щоб виростити квантову яму, необхідно під час росту структу- ри змінювати хімічний склад атомів, які напи- люють на вирощуваний шар. Спочатку потріб- но виростити шар широкозонного напівпро- відника AlxGa1-xAs, потім шар вузькозонного GaAs, і нарешті, знову шар AlxGa1-xAs [9]. У процесі вирощування квантових точок (рис. 2), які утворюються на межі поділу напів- провідників GaAs і AlGaAs, у шар AlGaAs до- дають домішкові атоми — донори електронів. Електрони цих атомів переміщуються в на пів- провідник GaAs, у ділянку з меншою енергією, однак вони не можуть відійти дуже далеко, оскільки притягуються до позитивно зарядже- них іонів домішки. Електрони зосереджуються біля самої межі гетеропереходу з боку арсеніду галію і утворюють двовимірний електронний газ [4]. Процес формування квантових точок починається з нанесення на поверхню AlGaAs серії масок, кожна з яких має форму кола і є діелектриком. Після цього здійснюють глибо- ке травлення, щоб видалити весь шар AlGaAs і частково шар GaAs. У результаті електрони ви- являються замкненими в утворених циліндрах, діаметри яких становлять ~500 нм [9]. У квантових точках рух електронів обмеже- но в трьох вимірах і енергетичний спектр по- вністю дискретний, як і в атомі. Тому кванто- ві точки можна розглядати як штучні атоми, хоча кожна з них містить десятки і сотні тисяч атомів. Квантова точка може містити один або кілька вільних електронів, їх кількість визна- чається концентрацією донорних атомів. Розглянемо принципи дії двох основних приладів сучасної квантової електроніки, за- снованих на квантових ефектах взаємодії елек- тронів зі штучно створеними бар’єрами у нано- метровому діапазоні. Резонансний тунельний діод складається з двох бар’єрів, розділених ділянкою з малою Рис. 2. Квантові точки, сформовані травленням на межі двох напівпровідників. Ділянки, де перебувають замкнені електрони, позначено чорним кольором Рис. 3. Схема роботи резонансного тунельного діода: а — різниця потенціалів дорівнює нулю; б — на при- лад подано резонансну напругу, за якої струм макси- мальний; в — напруга, більша за резонансну; г — вольт- амперна характеристика Рис. 4. Енергетична структура лазера на квантовій ямі ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 33 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ потенційною енергією — квантовою ямою (рис. 3). У цій ямі є один або кілька дозволених дискретних рівнів енергії електрона. Характер- на ширина бар’єрів і ями між ними становить кілька нанометрів. Ділянки навколо бар’єрів відіграють роль резервуарів електронів про- відності, до яких примикають контакти [10]. Струм, що протікає через подвійний бар’єр, за- лежить від величини прикладеної напруги. За- уважимо, що потенціал у такому приладі різко знижується переважно на ділянці подвійного бар’єру, оскільки ділянки ліворуч і праворуч від нього мають високу провідність. Якщо при- кладена напруга є малою і енергія електронів, що прямують на бар’єр зліва, менша за енергію дискретного рівня в ямі, то прозорість бар’єру, а отже, і струм, який протікає в ньому, будуть малими. Струм досягає максимального зна- чення, коли енергія електронів, що прямують на бар’єр, дорівнює енергії дискретного рівня. За вищих напруг енергія електронів стає біль- шою, ніж енергія дискретного рівня, і тунельна прозорість зменшується [3]. Отже, вольт-амперна характеристика ре- зонансного тунельного діода має максимум (якщо в ямі поміщається не один, а кілька дис- кретних рівнів, то і максимумів буде декілька). На графіку праворуч від максимуму є спадна ділянка, де струм зменшується зі зростанням напруги, — ділянка негативного диференціаль- ного опору, завдяки чому резонансний тунель- ний діод можна використовувати для генерації електромагнітних коливань [10]. Іншим приладом квантової електроніки, що використовує розмірні квантові ефекти в на- півпровідникових структурах, є напівпровідни- ковий лазер на квантових ямах (рис. 4). Двови- мірну квантову яму утворено двома шарами широкозонного напівпровідника, до яких при- єднані контакти, а між ними знаходиться шар вузькозонного напівпровідника [3]. З подаван- ням електронів через один контакт на зв’язаний рівень у зоні провідності створюється інверсія заселеності, й електрони в процесі вимушеної емісії випромінюють кванти світла, переходя- чи на дискретний рівень у валентній зоні, звід- ки вони потрапляють на інший контакт. Енер- гія кванта при цьому визначається шириною забороненої зони і розміщенням двох дискрет- них рівнів у квантовій ямі [11]. Такі лазери мають істотні переваги перед звичайними напівпровідниковими лазерами. Так, при зменшенні розмірів квантової ями змінюються енергії дискретних рівнів у зоні провідності, і у валентній зоні частота, що ге- нерується лазером, зростає. Крім того, у дво- вимірному електронному газі легше створити інверсну населеність, тому лазери на кванто- вих структурах дуже економічні, потребують меншої густини струму для досягнення порогу генерації і вирізняються високою ефективніс- тю — до 60 % електричної потужності перетво- рюється на когерентне лазерне випромінюван- ня [11]. Також можливе застосування фотодетекто- рів, що працюють за принципом квантових ям. Розроблено спосіб отримання подібних датчи- ків на основі нанокристалів графену, які мають надвисоку фоточутливість [12]. Нанокомпозитні структури на основі вуглецю Уперше фулерен C60 було виявлено в 1985 р., у 1990 р. став можливим синтез чистих фуле- ренів у грамових кількостях, а за дослідження структурних та фізико-хімічних властивостей C60 у 1996 р. Г. Крото, Р. Керла і Р. Смоллі удо- стоєно Нобелівської премії з хімії. Нині відомо вже багато різновидів фулеренів та фулерено- подібних систем, однак серед них C60 вивчено якнайкраще [13]. Фулерени можна розглядати як нелінійні оптичні матеріали другого порядку, які зумов- люють різке зниження прозорості та мають високий ступень здатності до вторинної поля- ризації. Ці властивості уможливлюють вико- ристання фулеренів як основи для оптичних затворів-обмежувачів інтенсивності лазерно- го випромінювання [14]. Зокрема, підвищен- ню інтересу до самоорганізації фулеренів при формуванні різних функціональних вузлів со- нячних батарей і польових транзисторів спри- яла можливість забезпечення ними високих 34 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ оптоелектронних характеристик при перетво- ренні світлової енергії, а також наявність фо- топровідності у спектральному діапазоні [15]. Спектр фотопоглинання фулеритових плівок знаходиться в діапазоні 280—680 нм, а кванто- вий вихід, тобто ймовірність утворення елек- тронної пари при поглинанні одного фотона, становить 0,9. При ультрафіолетовому лазерному опромі- ненні фулеренвмісних наноструктурованих ма- теріалів спостерігаються різні ефекти, які мож- на використати в нанотехнологічних, біологіч- них, медичних та фармацевтичних розробках, а поглиблене їх вивчення дозволить розширити сферу застосування наноматеріалів [16]. Метод мас-спектрометрії з лазерною де- сорбцією/іонізацією (ЛДІ МС), особливо мат- рично-активованою (МАЛДІ МС), викорис- товують для аналізу на молекулярному рівні як індивідуальних речовин, так і їх складних сумішей, адсорбованих на поверхні нанострук- турованих носіїв. Цей метод дослідження є ефективним у вивченні складних наносистем на основі вуглецю, таких як нанотрубки, тер- морозширений графіт, наноалмази, які можна використовувати як підкладки для ЛДІ. Осо- бливо продуктивним цей метод виявився у дослідженнях механізмів хімічних реакцій на поверхні наноструктурованих систем, а також особливостей іонізації, фрагментації та агре- гації молекул фулеренів, передусім C60, у по- верхневому шарі підкладки під дією лазерного опромінення [17]. Утворення іонів та хімічні реакції молекул фулерену залежать переважно від природи та властивостей поверхні, на яку вони нанесені, від умов нанесення та механізму іонно-мо ле- ку лярних реакцій, які відбуваються в іонному джерелі мас-спектрометра. Показано, що плаз- монний резонанс, як наслідок багатофотонно- го збудження молекули фулерену в конденсо- ваному стані, є початковою стадією та основ- ним механізмом постачання енергії для ла зер- но-індукованої іонізації, фрагментації, аг регації та хімічних реакцій, що відбуваються як в ад- сорбованому стані, так і в іонному джерелі мас- спектрометра в процесі експерименту [18]. Метод ЛДІ MC дозволяє також синтезувати нові фулереноподібні форми, яких не було у вихідному зразку. Є принципова відмінність між мас-спектрами, одержаними при вивченні різних алотропних форм вуглецю. Зокрема, виключно для іонів фулерену C60 спостеріга- ється інтенсивна втрата нейтральних фрагмен- тів C2 під дією лазерного опромінення. У робо- ті [13] показано, що існує мінімальне значення потужності лазерного опромінення для C60, нанесеного з розчину на поверхню кремнію, починаючи з якого в мас-спектрі спостеріга- ється іон [C58]+ — найінтенсивніший фрагмент фулерену. Зростання потужності лазерного оп- ро мінення супроводжується монотонним зрос- танням відносної інтенсивності іонів-фраг мен- тів, які можна описати загальною формулою [C60-2n]+, де n змінюється від 1 до 4. Аналіз мас-спектрів фулеренів наочно де- монструє, що фрагментація відбувається під час лазерної десорбції/іонізації і супроводжу- ється утворенням своєрідних структур, таких як C60-2n (де n дорівнює 1, 2 або 4), енергія та геометрична структура яких відрізняється від вихідної молекули [17]. У процесі МАЛДІ MC-фрагментації та агре- гації C60 на поверхні зразки наносили на стан- дартну сталеву підкладку та на поверхню мо- нокристалу кремнію з розчинів у CCl4, CH3I і C5H5N. У всіх мас-спектрах спостерігали агре- гацію молекул фулерену, а також фрагмен- тацію цих агрегатів, зумовлену вилученням фрагментів C2, C4, C6 тощо. Як агрегація, так і фрагментація спостерігається переважно для фулеренів, адсорбованих на поверхні кремнію, порівняно зі спектрами, одержаними при іоні- зації з поверхні сталевої підкладки. Це явище можна пояснити ефективним поглинанням ла- зерного променю поверхневим шаром кремнію. Слід зазначити, що для тієї самої підкладки ефект агрегації/фрагментації значно менший при осадженні плівки з розчину C60/C5H5N (ε = 12,3) порівняно з C60/CH3I (ε = 7,0). Агре- гація/фрагментація молекул фулерену в про- цесі лазерної десорбції найбільш виражена для насичених розчинів для обох типів підкладок (сталь і кремній) [18]. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 35 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Додатково встановлено: молекулярний іон дає найбільшу інтенсивність у мас-спектрі; іони-фрагменти [C60-2k]+ наявні для k = 0—5; іони-агрегати 2[C60-2k]+ спостерігаються в мас- спектрі для k = 1—11; для високих мас харак- терні групи агрегатів, що відповідають 3, 4, 5 і навіть більшій кількості молекул фулерену, причому максимум інтенсивності розподілу їх максимумів зміщується в бік менших мас по- рівняно з відповідним агрегатом [17]. З аналізу результатів квантово-хімічних до- сліджень випливає, що порівняно з молеку- лярною формою, термодинамічно найвигідні- шим є механізм фрагментації катіон-радикала фулерену С60 +•. Одержані дані свідчать на ко- ристь того, що саме дефекти фулерену 5-7-5 внаслідок особливостей симетрії відіграють важливу роль у фрагментації іонів С60 + під дією лазерного опромінення [18]. З літературних джерел отримано інформа- цію про можливість застосування фулеренів у інноваційному методі лікування онкологічних захворювань — фотодинамічній терапії, яка забезпечує цільову доставку протипухлинних лікарських засобів. На культурі клітин фібро- саркоми людини HT1080 було продемонстро- вано можливість фотоіндуктивного лікуван- ня злоякісних новоутворень водорозчинним комплексом фулерену С60 з поліетиленгліко- лем (ПЕГ). Результати дослідження свідчать про збільшення в 6,5 раза протипухлинної ак- тивності фотоіндуктивної терапії при застосу- ванні фулеренів, а також про те, що С60 має в 2,4 раза більшу спорідненість до онкологічних клітин, ніж до здорових. Отже, нанокомпозит С60-ПЕГ можна застосовувати як фотосенсибі- лізатор для фотодинамічної терапії з обмеже- ними побічними ефектами в здорових кліти- нах та переважним синтезом реактивних форм кисню в ракових клітинах [19]. В іншому дослідженні вивчали наноком- позит, що містив фулерени, на поверхні яких були закріплені наночастинки оксиду заліза (НЧОЗ), ПЕГ та гематопорфірин мономети- лового ефіру (ГПМЕ). З метою забезпечення цільової доставки композиту до його складу було включено НЧОЗ, тоді як ГПМЕ вико- ристовували для підсилення фотодинамічної протипухлинної терапії фулеренів. Протипух- линна активність спостерігалася як in vitro на культурах клітин, так і in vivo — у дослідах на мишах [20]. Нанокомпозитні структури на основі наночастинок металів Методи синтезу нанокомпозитних матеріа- лів, що містять металічні наночастинки певної форми і розміру, поділяються на хімічні, термо- логічні, радіологічні, електролітичні, а також методики вакуумного випаровування. Серед наночастинок простих речовин особливе місце посідають металеві наночастинки, а також їх ансамблі — острівкові металеві плівки, розмі- щені на діелектричних підкладках [16]. Оптичні властивості наночастинок золо- та та інших благородних металів зумовлені квантово-розмірними ефектами і відіграють помітну роль лише у разі розмірів части- нок, менших за 10 нм. Разом з тим, змінення оптичних властивостей спостерігаються вже за розмірів наночастинок металів, менших, ніж довжина хвилі видимого світла (500 нм) [21]. Класичні розмірні ефекти в оптиці нано- частинок спричинені локальним посиленням електричного поля на поверхні і збудженням поверхневих плазмонів, тобто когерентним збудженням усіх вільних електронів провід- ності. Цей розмірний ефект визначається гра- ничними умовами на поверхні наночастинки, оскільки об’ємний плазмон, що збуджується в макроскопічному металевому зразку, має ре- зонансну частоту при набагато вищих рівнях енергії [4]. У сучасних технологіях металеві наночас- тинки відіграють дедалі більшу роль. Навіть якщо обмежитися лише застосуваннями, осно- ваними на оптичних властивостях металевих наночастинок, то й вони виявляються досить різноманітними і численними. У наночасти- нок золота, срібла, лужних металів оптичні властивості визначаються переважно плазмо- нами, тобто колективними коливаннями віль- них електронів відносно іонного базису [22]. 36 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Збудження плазмонів можна стимулювати оптичним випромінюванням з виникненням резонансів у спектрах поглинання і розсіюван- ня (що не характерно для масивних металів) у разі збігу частоти стимулювального випро- мінювання з власною частотою плазмона. Па- раметри плазмонного резонансу — величина, положення в спектрі і півширина смуги — за- лежать від матеріалу частинки, її форми, роз- міру, структури, складу та стану навколишньо- го середовища. При цьому інтенсивності як поглинання, так і розсіяння в максимумі смуги надзвичайно великі. Тому смуги плазмонного резонансу можуть бути ефективними показни- ками в дослідженнях наночастинок та середо- вища навколо них [23]. Специфічна властивість нанорозмірних ме- талевих частинок виявляється в багаторазово- му посиленні оптичного поля поблизу їх по- верхні. Особливо привабливою є та обставина, що посилення відбувається тільки в безпосе- редній близькості від частинки, забезпечуючи високу селективність і локалізацію впливу, знижуючи водночас вимоги як до джерела ви- промінювання, так і до середовищ, через які проходить промінь [24]. Спектр поглинання водного розчину нано- частинок срібла розміром 2—4 нм має макси- мум смуги плазмонного резонансу у фіолето- вій частині видимого спектра (390—450 нм). Розчини наночастинок золота мають макси- мум поглинання також у видимій ділянці — від 510 до 540 нм, наночастинок міді — 550 нм (зелена частина видимого спектра). Оскільки максимум смуги плазмонного резонансу пе- ребуває у видимій ділянці спектра, розчини таких наночастинок мають інтенсивне забарв- лення, при цьому розміри частинок можна пі- дібрати так, щоб цей максимум припадав на різні частини видимого спектра [7]. Нині ми вже маємо можливість отримувати кольорові фотографії окремих наночастинок. У табли- ці підсумовано відомі на сьогодні дані про оптичні властивості індивідуальних метале- вих наночастинок, які мають сферичну форму і діаметр 3—10 нм [25]. Інтенсивність розсіювання світла нано- частинками металів набагато вища за інтен- сивність випромінювання флуоресціюючих молекул, що дає змогу застосовувати їх у до- слідженнях біологічних процесів у тканинах як новий клас міток. Використання наночас- тинок срібла як міток, попередньо зв’язаних з антитілами, дозволяє ідентифікувати хромо- сомні аномалії. Золоті та срібні наночастинки можуть бути використані як мітки в хімічних і біологічних сенсорах. Наночастинки золота Оптичні характеристики наночастинок металів у воді Метал Довжина хвилі максимуму погли- нання λмакс, нм Концентрація досліджуваних зразків, л ·моль−1·см−1 Кадмій 260 2,0 · 104 Нікель 215, плече ~350 4,7 · 103 Кобальт <200 1,3 · 104 Палладій 230 6,1 · 103 Палладій-Н2 265 4,5 · 103 Платина 215 5,8 · 103 Срібло 380—410 (1—3) · 104 Золото 510—540, зростан- ня в УФ-ді лян ці (1,5—3,0) · 103 Мідь 565, зростання в УФ-ділянці 2,5 · 103 Олово 200 5,0 · 103 Ртуть 300 1,8 · 104 Талій 220 1,3 · 104 Свинець 210 3,0 · 104 Вісмут 253 4,2 · 103 Рис. 5. Зображення ракових клітин, контрастованих за допомогою кальцеїну (світлий колір вказує на живі клітини): ліворуч — клітини, опромінені тільки лазе- ром (без наночастинок); у середині — оброблені нано- частинками, але не опромінені лазером; праворуч — об- роблені наночастинками і опромінені лазером (чорна пляма відповідає мертвим клітинам, що загинули вна- слідок нагрівання наночастинок випромінюванням) ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 37 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ застосовують також у фототермальній терапії для діагностики злоякісних новоутворень і знищення ракових клітин (рис. 5) [26—28]. Напівпровідникові фотоприймачі можна зробити тоншими без зменшення їх ефектив- ності, якщо на поверхні розмістити металеві наночастинки. Це дасть змогу не лише зеконо- мити дорогий матеріал, а й збільшити швид- кодію приладу [29]. Посилення і локалізація зовнішніх електромагнітних полів поблизу металевої наночастинки дозволить окреслити реальні підходи до одержання сигналів комбі- наційного розсіяння від надмалих кількостей речовини [30]. Органічні речовини утворю- ють тонку плівку на поверхні наночастинок; при обробленні лазером навколо цих «сис- тем» формуються поверхневі плазмони, які взаємодіють з випромінюванням і посилюють розсіяння. Спектри, отримані в такий спосіб, характеризують органічну речовину — лінії на спектрі досить інтенсивні і їх можна ідентифі- кувати, на відміну від спектрів, одержаних у традиційних методах [29, 30]. Застосування нанокомпозитних матеріалів Практичне застосування різноманітних нано- композитних структур є найбільш перспектив- ним для електронної техніки нових поколінь. Слід ураховувати, що при переході до наноме- трових структур чітко виявляється квантово- механічна природа квазічастинок у твердому тілі. У таких випадках квантові ефекти нанома- теріалів (розмірне квантування, конфайнмент, тунелювання, інтерференція електронних ста- нів тощо) відіграватимуть основну роль у пе- ребігу фізичних та фізико-хімічних процесів у таких об’єктах, у функціонуванні приладів на їх основі [31]. Застосування наноматеріалів зумовлено їх новими, порівняно з однорідними матеріала- ми, оптичними і каталітичними властивостя- ми. Так, оптоелектроніка, оптичний зв’язок, створення логічних елементів оптичних обчис- лювальних машин і елементів комутації для оптоелектроніки, запису і зберігання інфор- мації потребують створення нових нанострук- тур з високими нелінійно-оптичними харак- теристиками [8]. Наприклад, нанокомпозити на основі монокристалів (NH2(C2H5)2)2CuCl4, (N(C2H5)4)2CoCl2Br2 і (C2H5NH3)2CuCl4 мож- на використовувати як нелінійно-оптичні еле- менти, п’єзоперетворювачі, чутливі матеріали для сенсорів [32]. Збільшення питомої ваги електронних і оптоелектронних компонентів в оптичних, фі- зичних, біологічних, хімічних, медичних, ма- шинобудівних та інших технологіях має важ- ливе технічне, економічне й екологічне зна- чення [16]. Завдяки можливості створювати наноматеріали з наперед заданими оптичними спектрами можна так «налаштувати» джерела випромінювання, щоб селективно впливати на біологічні і хімічні процеси, контролюючи їх за допомогою сигналів у певних спектральних діапазонах [8]. Учені з Великої Британії розробили новий тип оптичного пінцета, здатного захоплювати і переміщувати об’єкти з точністю до 1 нм, що дозволить краще маніпулювати окремими жи- вими клітинами і, без сумніву, відкриє шлях до нових знань про динаміку внутрішньоклітин- них процесів. Традиційний оптичний пінцет, створений десятиліття тому, — один з найваж- ливіших сьогодні інструментів мікробіології, фізики, хімії, особливо корисний він у цито- логії. Оптичний пінцет ближнього поля ви- користовує так звані «віртуальні фотони» для істотного зменшення обсягу зони захоплення частинок. Ідея нового методу дуже близька до ідеї мікроскопа ближнього поля, але вона дає можливість захопити наночастинку в зоні з розмірами, істотно меншими за довжину хвилі використовуваного лазера [8]. Оптичні мітки для дослідження біомолекул Наночастинки кремнію кристалічної структу- ри, сферичної форми, діаметром близько 10— 50 нм після окиснення та зменшення криста- лічного ядра добре люмінесціюють, що можна використати для діагностики і терапії онколо- 38 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ гічних захворювань. У роботі [33] описано ме- тод отримання таких наночастинок кремнію зі стабільною люмінесценцією. Встановлено можливість отримання яскра- во люмінесціюючих міток у разі введення в комплекси лантанідів та ітрію кумарину як лі- ганду. При цьому поглинання спостерігається не лише в діапазоні 360—370 нм, а й на ділянці 440—450 нм, а спектр флуоресценції є вузьким з максимумом при 520 нм [34]. Для визначення структури біологічних об’єктів широко застосовують спектроскопічні методи вимірювання оптичної активності. За допомогою резонансного комбінаційного роз- сіювання зондують структуру клітин і визна- чають конформацію молекул протеїнів і ДНК, вивчають і класифікують третинні структури біологічних молекул [35]. Барвники, які флу- оресціюють при лазерному збудженні, ви- користовують для визначення водневого по- казника та іонних сил у клітинах, а також для дослідження специфічних ділянок у протеїнах. Результати інноваційних досліджень свідчать, що замість специфічних барвників з цією са- мою метою можна використовувати наночас- тинки золота [36] і срібла [37]. Застосування оптичних методів досліджен- ня процесів поділу клітин з роздільною здат- ністю 1 нм також можливе за допомогою на- ночастинок металів [38, 39]. На окремих про- теїнових молекулах спеціальними способами закріплюють флуоресцентні наночастинки. Підсвічені лазерним променем, такі нанострук- тури стають видимими в оптичний мікроскоп з чутливою цифровою камерою, що дозволить ученим відстежувати розташування і рух про- теїнів усередині будь-якої клітини [38]. Посилення ефекту поглинання світла орга- нічними і неорганічними молекулами в разі приєднання до них наночастинок золота є ши- роко затребуваним методом у фармакології, цитології та біомедичній діагностиці [28]. Наявні методи дослідження біохімічних внутрішньоклітинних процесів (мікрокалори- метрія, ЯМР та ЕПР) дозволяють оперувати лише макроскопічними зразками, які містять велику кількість клітин, або спричинюють руйнування клітинної мембрани, що призво- дить до загибелі клітин і не дає можливості вивчати біохімічні реакції in situ в реальному часі. В останні роки динаміку перебігу вну- трішньоклітинних процесів досліджують ме- тодами класичної абсорбційної спектроскопії, оскільки більшість біологічних молекул по- глинають випромінювання видимої частини спектра. Посилити світіння біомолекул можна прикріпленням до них наночастинок золота (20—30 нм). Так, молекула цитохрому С, що регулює метаболізм у клітині, поглинає світло з довжиною хвилі близько 550 нм. Наночас- тинки Au посилюють ефект поглинання світла молекулами цитохрому, оскільки частота плаз- монного резонансу в них близька до частоти поглинання самих молекул, внаслідок чого уможливлюється процес резонансного перене- сення енергії, який характеризується появою певних особливостей — так званих «провалів» у спектрі поглинання частинок золота. Подібні експерименти проведено також з молекулами гемоглобіну, що містять прикріплені наночас- тинки срібла [4, 40]. Тривають дослідження з вивчення хімічних, фізико-хімічних, біологічних, фармакологіч- них властивостей фулеренів, зокрема С60, які мають великі перспективи застосування в на- нотехнологіях [13]. Висновки Перехід до розмірів об’єктів порядку десятків або одиниць нанометрів зумовлює якісно нову ситуацію, за якої квантові ефекти (тунелю- вання, розмірне квантування, інтерференційні ефекти) починають помітно впливати на фі- зичні (в тому числі й оптичні) процеси в на- ноструктурах. Квантові розмірні ефекти наночастинок використовують у роботі таких приладів, як резонансні тунельні діоди для генерації елек- тромагнітних коливань; економічні лазери на квантових ямах; надчутливі фотодетектори; більш тонкі та швидкодійні напівпровіднико- ві фотоприймачі, на поверхні яких розміщено металеві наночастинки. Нанокомпозитні ма- ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 39 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ теріали можна застосовувати як нелінійно- оптичні елементи, п’єзоперетворювачі, чутливі матеріали для сенсорів. У дослідженнях in vivo та in vitro підтвердже- но ефективність наночастинок при лікуванні онкологічних захворювань. Отримано інфор- мацію про можливість застосування фулере- нів у фотодинамічній терапії, яка забезпечує цільову доставку протипухлинного препара- ту. Наночастинки золота використовують та- кож у фототермальній терапії для діагностики злоякісних новоутворень і знищення ракових клітин. Крім того, наночастинки металів добре люмінесціюють, що може бути корисним у діа- гностиці і терапії онкологічних захворювань. Інтенсивність розсіювання світла наночас- тинками металів перевищує інтенсивність випромінювання найяскравіших флуоресцію- ючих молекул, що дозволяє розглядати їх як новий клас міток у дослідженнях біологічних процесів у різних тканинах. Наночастинки зо- лота і срібла вже використовують як мітки в хімічних і біологічних сенсорах. Їх властивості дають також можливість одержувати детальну інформацію про структуру і поведінку дослі- джуваних біомолекул. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Патон Б.Є., Москаленко В.Ф., Чекман І.С. та ін. Нанонаука і нанотехнології: технічний, медичний і соціальний аспекти // Вісн. НАН України. — 2009. — № 6. — С. 76—80. 2. Абрамов Н.В., Багацкая А.Н., Белякова Л.А. и др. Наноматериалы и нанокомпозиты в медицине, биологии, экологии. — К.: Наук. думка, 2011. — 444 с. 3. Мазуренко В.В., Руденко А.Н., Мазуренко В.Г. и др. Наночастицы, наноматериалы, нанотехнологии: уч. пособ. — Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. — 83 с. 4. Учебно-методический комплекс дисциплины «Оптические свойства нанокомпозитов» для подготовки бака- лавров по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети «Композит- ные наноматериалы». — СПб.: СПбГУ, 2011. — 132 с. 5. Носач Л.В., Савченко Д.С., Власенко О.М. Одержання і характеризація кластерів срібла на поверхні наноди- сперсного кремнезему // Укр. наук.-мед. журн. — 2011. — № 4. — С. 78. 6. Kreibig U., Vollmer M. Optical Properties of Metal Clusters. — Berlin: Springer, 1995. — 529 p. 7. Серов И.Н., Марголин В.И., Жабрев В.А. и др. Резонансные явления в наноразмерных структурах // Инженер- ная физика. — 2004. — № 1. — С. 18—32. 8. Вейко В.П. Опорный конспект лекций «Лазерные микро- и нанотехнологии в микроэлектронике». — СПб.: НИУ ИТМО, 2011. — 141 с. 9. Shen M., Cao W. Electronic band-structure engineering of GaAs/AlxGa1-xAs quantum well superlattices with sub- structures // Mater. Eng. B. — 2003. — V. 103. — Р. 122—127. 10. Romeira B., Javaloyes J., Ironside C. et al. Excitability and optical pulse generation in semiconductor lasers driven by resonant tunneling diode photo-detectors // Opt. Express. — 2013. — V. 21, N 18. — Р. 20931—20940. 11. Cheng H.C., Lee C.P. Investigation of quantum dot passively mode-locked lasers with excited-state transition // Opt. Express. — 2013. — V. 21, N 22. — P. 26113—26122. — doi: 10.1364/OE.21.026113. 12. Cheng S.H., Weng T.M., Lu M.L. et al. All carbon-based photodetectors: an eminent integration of graphite quantum dots and two dimensional graphene // Sci. Rep. — 2013. — V. 3, N 2694. — doi: 10.1038/srep02694. 13. Ōsawa E. Looking back the most beautiful molecule C60: after quarter century of discovery // Вісн. НАН України. — 2012. — № 9. — С. 30—38. 14. Yang G., Si Y., Su Z. Theoretical study on the chiroptical optical properties of chiral fullerene C60 derivative // J. Phys. Chem. A. — 2011. — V. 115, N 46. — P. 13356—13363. — doi: 10.1021/jp204860x. 15. Shen Y., Nakanishi T. Fullerene assemblies toward photo-energy conversions // Phys. Chem. Chem. Phys. — 2014. — V. 16, N 16. — P. 7199—7204. — doi: 10.1039/c4cp00221k. 16. Чекман І.С., Ульберг З.Р., Маланчук В.О. та ін. Нанонаука, нанобіологія, нанофармація. — К.: Поліграф плюс, 2012. — 328 с. 17. Pokrovskiy V.O., Grebenyuk A.G., Demianenko E.M. et al. Laser desorption/ionization of fullerenes: experimental and theoretical study // Chem. Phys. Technol. Surf. — 2013. — V. 4, N 1. — P. 78—91. 40 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ 18. Snegir S.V., Gromovyi T.Y., Pokrovskiy V.O. Laser desorption/ionization mass spectrometry of fullerene C60 deposited onto the polished steel and silicon targets // Phys. Met. Adv. Technol. — 2006. — V. 28. — P. 255—261. 19. Asada R., Liao F., Saitoh Y. et al. Photodynamic anti-cancer effects of fullerene [C60]-PEG complex on fibrosarcomas preferentially over normal fibroblasts in terms of fullerene uptake and cytotoxicity // Mol. Cell. Biochem. — 2014. — V. 390, N 1—2. — P. 175—184. — doi: 10.1007/s11010-014-1968-8. 20. Shi J., Yu X., Wang L. et al. PEGylated fullerene/iron oxide nanocomposites for photodynamic therapy, tar- geted drug delivery and MR imaging // Biomater. — 2013. — V. 34, N 37. — P. 9666—9677. — doi: 10.1016/j. biomaterials.2013.08.049. 21. Остроухов Н., Слепцов В., Тянгинский А. и др. Оптические свойства золей серебра при их агрегации // Фотоника. — 2011. — Т. 29, № 5. — С. 38—41. 22. Иванова B.C. Введение в междисциплинарное наноматериаловедение. — М.: Саинс-Пресс, 2005. — 208 с. 23. Dhawan A., Muth J. Plasmon resonances of gold nanoparticles incorporated inside an optical fibre matrix // Nano- technol. — 2006. — V. 17. — P. 2504—2511. 24. Chien-Ying T., Tien-Li C., Ramesh U. et al. Electrical detection of protein using gold nanoparticles and nanogap elec- trodes // Jpn. J. Appl. Phys. — 2005. — V. 44. — P. 5711—5716. 25. Ершов Б.Г. Наночастицы металлов в водных растворах: электронные, оптические и каталитические свойства // Рос. хим. журн. — 2001. — Т. 45, № 3. — С. 20—30. 26. Krasteva N., Guse В., Besnard I. et al. Gold nanoparticle/PPI-dendrimer based chemiresistors. Vapor-sensing proper- ties as a function of the dendrimer size // Sens. Actuat. B. — 2003. — V. 92, N 1—2. — P. 137—143. 27. Haes A.J., Hall W.P., Chang L. et al. A localized surface plasmon resonance biosensor: first steps toward an assay for Alzheimer’s disease // Nano Lett. — 2004. — V. 4, N 6. — P. 1029—1034. 28. Савичева И.С. Резонансное рассеяние излучения наночастицами различной формы. — Самарский гос. ун-т, 2013. — 71 с. 29. Lim S., Mar W., Matheu P. et al. Photocurrent spectroscopy of optical absorption enhancement in silicon photo- diodes via scattering from surface plasmonpolaritons in gold nanoparticles // J. Appl. Phys. — 2007. — V. 101. — doi: 10.1063/1.2733649. 30. Seok-Soon K., Seok-In N., Jang J. et al. Plasmon enhanced performance of organic solar cells using electrodeposited Ag nanoparticles // Appl. Phys. Lett. — 2008. — V. 93. — doi: 10.1063/1.2967471. 31. Прошкин В.А. Оптические свойства микросужений и квантовых точек с примесными центрами атомного и молекулярного типа во внешних электрическом и магнитном полях: дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.05. — 2008. — 153 с. 32. Капустяник В. Нанофероїки — нові ефекти, властивості, можливості // Журн. фіз. досліджень. — 2013. — Т. 17, № 1. — С. 1702—1722. 33. Владимиров А.Г., Коровин С.Б., Пустовой В.И. Люминесценция кремниевых наночастиц // Rusnanotech-08: матер. І Междунар. форума по нанотехнологиям (3—5 дек. 2008, Москва). — С. 767—769. 34. Дударь С.С., Свешникова Е.Б., Ермолаев В.Л. Сенсибилизация флуоресценции молекул красителей в наночастицах из комплексов металлов // Опт. и спектр. — 2010. — Т. 109, № 4. — С. 605—617. 35. Чекман І.С., Радзієвська С.О. Словник-довідник з нанонауки: англо-укр. — К.: Задруга, 2013. — 296 с. 36. Liao X., Chen Y., Qin M. et al. Au-Ag-Au double shell nanoparticles-based localized surface plasmon resonance and surface-enhanced Raman scattering biosensor for sensitive detection of 2-mercapto-1-methylimidazole // Talanta. — 2013. — V. 117. — Р. 203—208. 37. Qu L.L., Song Q.X., Li Y.T. et al. Fabrication of bimetallic microfluidic surface-enhanced Raman scattering sensors on paper by screen printing // Anal. Chim. Acta. — 2013. — V. 792. — Р. 86—92. 38. Liu C., Sahoo S., Tsao M. Acridine orange coated magnetic nanoparticles for nucleus labeling and DNA adsorption // Colloids Surf. B. — 2013. — V. 115. — Р. 150—156. — doi: 10.1016/j.colsurfb.2013.11.003. 39. Rogers N., Claire S., Harris R. et al. High coating of Ru(II) complexes on gold nanoparticles for single particle lumi- nescence imaging in cells // Chem. Commun. (Camb). — 2014. — V. 50, N 5. — P. 617—619. 40. Liu G., Long Y., Choi Y. et al. Quantized plasmon quenching dips nanospectroscopy via plasmon resonance energy transfer // Nature Methods. — 2007. — V. 4. — P. 1015—1017. Стаття надійшла 07.07.2014 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 41 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ И.С. Чекман 1, В.А. Покровский 2, Д.С. Савченко 1 1 Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца бульвар Т. Шевченко, 13, Киев, 01601, Украина 2 Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко НАН Украины ул. Генерала Наумова, 17, Киев, 03164, Украина ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОМАТЕРИАЛОВ В статье обобщены данные литературы и результаты собственных исследований авторов, касающиеся оптических свойств наноматериалов. Рассмотрены квантовые размерные эффекты наночастиц в работе таких приборов, как резонансные туннельные диоды, лазеры на квантовых структурах и сверхчувствительные фотодетекторы. Описа- на возможность использования наночастиц металлов как нового класса меток в исследованиях биологических процессов в различных тканях, что обусловлено интенсивностью рассеяния света нанометаллами, которая замет- но превосходит интенсивность излучения наиболее ярких флуоресцирующих молекул. Дополнительно рассмо- трены оптические свойства фуллеренов С60 вместе с возможным их использованием в медицинской практике. Ключевые слова: оптические свойства, квантовые размерные эффекты, оптические метки, наночастицы мета- ллов, наноуглерод, нанокомпозиты. I.S. Chekman 1, V.A. Pokrovskiy 2, D.S. Savchenko 1 1 Bogomoletz National Medical University 13 T. Shevchenko Blvd., Kyiv, 01601, Ukraine 2 Chuiko Institute of Surface Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine 17 General Naumov St., Kyiv, 03164, Ukraine OPTICAL PROPERTIES OF NANOMATERIALS Literature data and the results of authors’ researches concerning the optical properties of nanomaterials are summarized in the review. We consider quantum size effects of nanoparticles in resonant-tunneling diodes, quantum-dot lasers and hypersensitive photodetectors. It was given an account of possible metal nanoparticles use as a new class labels in the study of biological processes in various tissues, due to the intensity of light scattering by nanometals that significantly exceed the brightest emission intensity of fluorescent molecules. In addition, the optical properties of fullerene C60 were considered, with their possible applications in medical practice. Keywords: optical properties, quantum size effects, optical tags, metal nanoparticles, carbon nanomaterials, nanocom- posites.

Оптичні властивості наноматеріалів

Institution

Ähnliche Einträge