異方性ナノ粒子のプラズモン支援グラフト-空間的に選択的な表面修飾と両親媒性SERSナノプローブの作製

Plasmon-assisted grafting of anisotropic nanoparticles - spatially selective surface modification and the creation of amphiphilic SERS nanoprobes.

• Anastasiya Olshtrem
• Olga Guselnikova
• Pavel Postnikov
• Andrey Trelin
• Mekhman Yusubov
• Yevgeniya Kalachyova
• Ladislav Lapcak
• Miroslav Cieslar
• Pavel Ulbrich
• Vaclav Svorcik
• Oleksiy Lyutakov

抄録

グラフト化された官能基が空間的に選択的に分布する両親媒性ナノ粒子（NP）は、そのユニークな表面特性により、センシング、高度なイメージング、および治療の分野で大きな可能性を秘めている。これまでのNPの空間的に選択的な機能化技術は、表面を利用したアプローチが主流であったが、その製造スループットは大幅に制限されていた。本研究では、異方性金ナノロッド(AuNR)の空間選択的グラフト化のために、プラズモンを用いた代替的な手法を提案している。レーザー波長を長くすることで、AuNRの先端に縦方向のプラズモン共鳴が励起され、ヨードニウム塩のC-I結合のホモリシスとアリールラジカルが形成され、さらにAuNRの先端にグラフトされる。続いて、AuNRの側面を自発的にジアゾニウム表面をグラフトすることで装飾した。その結果、空間的に分離した官能基を持つAuNRは、主に溶液中で、NP固定化や表面スクリーニングといった高度な技術を必要とせずに、汎用性の高い方法で調製することができた。提案手法の汎用性は、構造やプラズモン吸収帯の波長位置が異なる3種類のAuNRを用いて実証された。さらに、作製した両親媒性AuNRは、両親媒性生体分子の効率的な捕捉とSERSセンシングにより、その適用性を示した。

Amphiphilic nanoparticles (NPs) with a spatially selective distribution of grafted functional groups have great potential in the field of sensing, advanced imaging, and therapy due to their unique surface properties. The main techniques for the spatially selective functionalization of NPs utilize the surface-assisted approaches, which significantly restrict their production throughput. In this work, we propose an alternative plasmon-based route for the spatially selective grafting of anisotropic gold nanorods (AuNRs) using iodonium and diazonium salts. Utilization of longer laser wavelengths leads to the excitation of longitudinal plasmon resonances on AuNR tips, plasmon-assisted homolysis of the C-I bond in iodonium salts and the formation of aryl radicals, which are further grafted to the tips of AuNRs. The sides of AuNRs were subsequently decorated through spontaneous diazonium surface grafting. As a result, the AuNRs with spatially separated functional groups were prepared in a versatile way, primarily in solution and without the need for a sophisticated technique of NP immobilization or surface screening. The versatility of the proposed approach was proved on three kinds of AuNRs with different architectures and wavelength positions of plasmon absorption bands. Moreover, the applicability of the prepared amphiphilic AuNRs was shown by efficient trapping and SERS sensing of amphiphilic biomolecules.