Плазмонно-резонансные наночастицы для биомедицинских приложений

Хлебцов, Борис Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Плазмонно-резонансные наночастицы для биомедицинских приложений
ВАК РФ 03.01.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Плазмонно-резонансные наночастицы для биомедицинских приложений"

На правах рукописи

004607254

ХЛЕБЦОВ БОРИС НИКОЛАЕВИЧ

ПЛАЗМОННО-РЕЗОНАНСНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ ДЛЯ БИОМЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ

03.01.02-биофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

2 2 И ЮЛ ?пю

Саратов-2010

004607254

Работа выполнена в лаборатории нанобиотехнологии Учреждения Российской академии наук Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Кленин Виталий Иосифович доктор физико-математических наук, профессор Баграташвили Виктор Николаевич доктор физико-математических наук, профессор Попов Вячеслав Валентинович

Ведущая организация:

Центр естественнонаучных исследований Института общей физики имени A.M. Прохорова РАН

Защита диссертации состоится "1" октября 2010 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д212.243.05 при Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская 83, корп. 3, физический факультет СГУ, аудитория 34.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского

Автореферат размещен на сайте ВАК

Автореферат разослан "15" июня 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор Дербов В. Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Золотые и серебряные наночастицы с плазмонным резонансом (ПР) являются объектами интенсивного исследования в современной нанобиотехнологии. Большинство приложений основано на комбинировании двух принципов: (1) синтез конъюгатов, включающий синтез наночастиц и функционализацию их поверхности различными молекулами для обеспечения коллоидной стабильности, биосовместимости и необходимой функции (молекулярное узнавание, эндоцитоз, фототермолиз и т.п.); (2) возбуждение ПР в видимой или ближней ИК области для получения уникальных оптических свойств.

Для большинства биомедицинских применений ПР должен быть настроен в окно прозрачности биотканей, а соотношение между сечениями поглощения и рассеяния определяется конкретной задачей использования наночастиц. До недавнего времени в большинстве приложений использовались частицы коллоидного золота примерно сферической формы с размерами 5-50 нм и ПР в области 515-550 нм. Далее такие частицы называются частицами КЗ. Бурное развитие технологий синтеза наночастиц за последние 10 лет предоставило исследователям широкий арсенал нанообъектов, начиная от золотых наностержией и нанооболочек и кончая экзотическими структурами типа золотых наноклеток и т.п. [JI1]. Поиск в базе данных научных статей SCOPUS за последние 10 лет дал 10317 ссылок на статьи по ключевым словам «gold nanoparticles». Это свидетельствует о важности и актуальности области исследований, связанной с синтезом и функционализацией золотых наночастиц.

Наряду с этими проблемами, большой интерес представляет исследование индивидуальных и коллективных оптических свойств золотых наночастиц. С точки зрения биологических приложений, оптимизация индивидуальных и коллективных оптических свойств взаимодействующих частиц также представляет большой интерес, поскольку она открывает путь к управляемой настройке и изменению интенсивности ПР. В настоящее время одним из наиболее популярных методов моделирования оптических свойств различных наноструктур является метод дискретных диполей (discrete dipole approximation, DDA), который, однако, имеет ряд существенных недостатков по затратам компьютерных ресурсов. Наконец, огромное количество работ еженедельно публикуется по различным биологическим и медицинским применениям золотых наночастиц, включая такие направления, как биосенсорика, визуализация и фототермолиз раковых клеток, направленная доставка веществ в клетку, биораспределение и токсичность и т.д.

К моменту начала исследований, представленных в данной работе, имелся ряд нерешенных или мало исследованных фундаментальных и прикладных проблем, относящихся к синтезу наночастиц, моделирований«) их оптических свойств и биологическим применениям. Этим определяется актуальность и научная значимость темы диссертации.

В данной работе, наряду с традиционными частицами КЗ, основное внимание уделено трем типам наночастиц: (1) золотые и золото-серебряные наностержни, (2) золотые нанооболочки на ядрах из двуокиси кремния; (3) золотые ианоклетки, формируемые на шаблонах из серебряных нанокубиков. Отличительной особенностью всех этих наночастиц является возможность оптимизации их свойств в отношении спектральной настройки ПР и эффективности поглощения и рассеяния.

Целью диссертационной работы являло£ь разработка комплексного подхода нанобиотехнологии частиц с настраиваемым плазмонным резонансом, включающего контролируемый синтез, оптическую характеристику и методики биомедицинских приложений.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи

исследования:

1. Разработать модель биоконъюгатов золотых наночастиц и экспериментально исследовать изменение оптических свойств при адсорбции молекул-зондов (синтез конъюгата) и их взаимодействии с молекулами-мишенями.

2. Отработать методы контролируемого синтеза и исследовать оптические свойства наночастиц с настраиваемым плазмонным резонансом, включая золотые и золото-серебряные наностержни, золотые нанооболочки на ядрах из двуокиси кремния и золотые наноклетки, формируемые на шаблонах из серебряных нанокубиков.

3. Исследовать мультипольные плазмонные резонансы в золотых наностержнях и оптические свойства монослоя золотых нанооболочек. Провести комплексный анализ оптического усиления поглощения и выявить параметры наноструктур, наиболее эффективных для фототермолиза.

4. Экспериментально исследовать применение различных типов наночастиц в качестве меток для твердофазного иммуноанапиза, темнопольной микроскопии, лазерного фототермолиза, оптической когерентной томографии и других биомедицинских и биофизических приложений.

Научная новизна работы:

1. Предложена, теоретически исследована и экспериментально апробирована на 6 системах многослойная модель биоконъюгатов наночастиц для описания изменения их оптических свойств при адсорбции молекул-зондов (синтез конъюгата) и взаимодействии с молекулами-мишенями. [3, 4, 7, 9, 20].'

2. Впервые экспериментально измерены спектры деполяризации золотых и золото-серебряных наностержней и показана корреляция между сдвигом длины волны плазмонного резонанса экстинкции и максимума деполяризации. Впервые экспериментально получены максимальные значения деполяризации рассеянного света около 50% в согласии с теоретическими расчетами [26, 50].

3. Впервые исследована зависимость мультипольных резонансов в золотых наностержнях от размера, осевого отношения и ориентации по отношению к направлению и поляризации возбуждающего света. Сформулировано правило вкладов мультиполей по номеру и четности и показан универсальный линейный скейлинг для длин волн мультипольных резонансов [21, 23].

4. Разработан метод стабилизации золото-серебряных наностержней и метод оценки толщины их серебряной нанооболочки по относительному спектральному сдвигу резонансов [44, 49, 50].

5. Впервые на суспензиях золотых нанооболочек продемонстрированы вклады полидисперсности и ограничения длины свободного пробега электронов в уширение спектров дифференциального рассеяния [15, 19].

6. Выполнен комплексный анализ проблемы оптического усиления в фототермальной терапии для наночастиц, а также линейных цепочек, двухмерных и трехмерных кластеров двухслойных наносфер [17, 28]. Дано сравнение дипольного приближения и точного Т-матричного расчета спектров золотых и серебряных бисфер различного размера [13].

7. Экспериментально исследованы коллективные оптические свойства монослоя золотых нанооболочек и впервые показан универсальный физический характер подавления коллективной дипольной полосы [30, 35].

' Здесь и ниже ссылки даны по списку публикаций основных результатов диссертации.

8. Предложена модификация протокола синтеза золотых наноклеток и впервые дано сравнение их эффективности преобразования света в тепло с золотыми наностержнями и нанооболочками [51].

9. Впервые показано увеличение чувствительности дот-иммуноанализа в 50-80 раз при использовании конъюгатов золотых нанооболочек [18, 29, 39].

Научно-практическая значимость работы определяется востребованностью разработок и их эффективным применением в различных учреждениях РФ, включая ИБФРМ РАН, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратовский государственный медицинский университет, Российский онкологический научный центр им. H.H. Блохина (г. Москва), Нижегородскую медицинскую академию и Институт прикладной физики РАН (г. Нижний Новгород), Институт кристаллографии РАН (г. Москва), ФГУП «ГНЦ НИОПИК» (г. Москва), ФИ РАН (г. Москва), ИПЛИТ РАН (г. Троицк). Эти работы связаны с развитием дот-иммуноанализа, лазерного фототермолиза и спекания, темнопольного микроскопического биоимиджинга и оптической когерентной томографии (ОКТ), созданием микрокапсульных и ЖК-композитов и ряда других направлений. Результаты исследований защищены двумя патентами РФ.

Достоверность научных результатов подтверждается воспроизводимостью экспериментальных данных и их соответствием теоретическим расчетам, а также качественным и количественным согласием с результатами независимых исследований других авторов.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты:

1. Многослойная сферическая модель дает адекватное описание оптических свойств биоконъюгатов, при этом толщина адсорбционного слоя порядка 5 им определяет основные изменения спектров. Для получения максимального оптического отклика на присоединение молекул-мишеней, оптимальный размер наночастиц КЗ составляет 40-50 нм, а отношение толщины золотой нанооболочки к радиусу ядра - 0.2-0.4.

2. Для препаратов золотых наностержней с долей примесей менее 5-10% и резонансом в области 800-1000 нм можно экспериментально наблюдать значения максимума фактора деполяризации рассеянного света около 50% в диапазоне длин волн 600-700 нм.

3. Если пронумеровать плазмонные резонансы золотых наностержней в порядке появления в спектре с ростом осевого отношения при постоянной толщине, то резонанс с номером п является суммой мультипольных вкладов порядка / > п соответствующей четности. Длины волн резонансов являются универсальной линейной функцией осевого отношения, деленного на номер резонанса, а сдвиг длины волны линейно зависит от инкремента показателя внешней среды.

4. Формирование серебряного слоя на золотых наностержнях с плазмонным резонансом в области 670-900 нм легко детектируется по спектрам экстинкции и рассеяния, при этом относительный сдвиг резонанса является линейной функцией средней толщины слоя серебра и может быть использован для ее измерения в диапазоне 0.2-4 нм.

5. Уширение спектров экстинкции и рассеяния тонких золотых нанооболочек обусловлено ограничением длины свободного пробега электронов, а для толстых оболочек основное уширение дает полидисперсность частиц. Оба вклада увеличиваются с увеличением отношения радиуса ядра к толщине золотой оболочки. Для трехслойных металлодиэлектрических структур размерный эффект исключает возможность синтеза частиц с узкими спектрами, которые теоретически получаются с объемными константами.

6. Для синтеза золотых наноклеток целесообразно использовать упрощенную процедуру отмывки от хлорида серебра. При равной концентрации металла золотые наноклетки (50 нм, резонанс на 800 нм) обладают наивысшей эффективностью преобразования лазерного света в тепло по сравнению с золотыми наностержнями и нанооболочками.

7. Сечение поглощение кластера многослойных сфер определяется, в основном, относительными межчастичными расстояниями и наличием фрагментов линейных цепочек частиц. Для фототермальной терапии наиболее эффективными преобразователями света в тепло являются золотые наностержни с толщиной 15-20 нм и длиной 50-70 нм или золотые нанооболочки с диаметром ядра 50-100 нм и толщиной слоя золота 5-10 нм.

8. Подавление дипольной полосы экстинкции обусловлено уменьшением рассеяния, а не поглощения, является общим свойством плотноупакованного слоя и не зависит от природы частиц и деталей структуры слоя.

9. Нанооболочки Si02/Au с диаметром ядра 120 нм и толщиной золота 15-20 нм, функционализованные молекулами ПЭГ предлагается использовать в качестве универсального биомаркера для in vivo и in vitro применений. В частности, при замене конъюгатов 15-нм золота на конъюгаты нанооболочек чувствительность дот-иммуноанализа увеличивается почти на два порядка за счет увеличения интегрального сечения экстинкции.

Личный вклад диссертанта и результаты, полученные совместно с другими исследователями.

Личный вклад соискателя состоит в разработке общей стратегии и конкретных задач исследования, включая синтез и изучение оптических свойств плазмонно-резонансных наночастиц и биоконъюгатов, проведение расчетов и экспериментов, интерпретацию полученных данных.

Теоретические расчеты оптических свойств наночастиц, конъюгатов и кластеров выполнены совместно с д.ф.-м.н. Хлебцовым Н.Г., к.ф.-м.н. Мельниковым А.Г. и проф. D. Mackowski (Auburn Univ., USA). Оптимизация протоколов синтеза золотых нанооболочек и наностержней выполнены совместно с аспирантом Ханадеевым В.А. Отработка протоколов функционализации наночастиц, эксперименты по адсорбции биополимеров на наночастицах коллоидного золота и интерпретация данных выполнены совместно с д.б.н. Дыкманом Л.А., д.б.н. Богатыревым В.А. и проф. P. Englebienne (Free Univ., Брюссель, Бельгия). Эксперименты по определению состава частиц нерастворимых иммунных комплексов и некоторые электронно-микроскопические исследования выполнены совместно с к.б.н. Бурыгиным Г.Л.

Данные по биораспределению, фототермолизу и биоимиджингу с использованием оптической низкокогерентной томографии (ОКТ) были получены при нашем участии в проектах, выполненных сотрудниками Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского (д.ф.-м.н проф.Тучин В.В., д.ф.-м.н. проф. Максимова И.Л., к.ф.-м.н. доц. Акчурин Г.Г.), ООО «Первая ветеринарная клиника» (д.б.н. Терентюк Г.С.), Саратовского государственного медицинского университета (д.м.н. проф. Маслякова Г.Н. и сотр.) и Нижегородской государственной медицинской академии и Института прикладной физики РАН (д.м.н. проф. Загайнова Е.В. и сотр.), ФГУП «ГНЦ «НИОПИК» (г. Москва, д.ф.-м.н. Коган и сотр.). Автор принимал также участие в совместных работах по созданию нанокомпозитных микрокапсул (к.х.н. Горин Д.А. и сотр., СГУ, к.х.н. Букреева Т.В., Институт кристаллографии РАН) и по лазерной ультрамикроскопии наночастиц (к.ф.-м.н. Федосов И.В., СГУ). Часть экспериментов по самоассемблированию монослоев золотых наночастиц и нанооболочек выполнена совместно с Dr. J. Ye и Prof. G. Borghs на базе

Межуниверситетского центра микроэлектроники (IMEC, Leuven, Бельгия) в рамках гранта INTAS.

Работа выполнена в Лаборатории нанобиотехнологии ИБФРМ РАН в рамках плановых госбюджетных тем НИР.

Гранты. Исследования поддерживались 13 грантами РФФИ (2003-2009 годы); совместным грантом фонда CRDF и Минобразования РФ № REC-006 (грант для молодых ученых 2003); грантами Президента РФ (НШ-1529.2003.4, МК-961.2005.2, МК-2637.2007.2, МК-684.2009.2); государственным контрактом на проведение научно-исследовательской работы № 02.513.11.3043 (2007); Программой президиума РАН «Фундаментальные науки -медицине» (2009-2010); грантом INTAS Post-doc fellowship 2007-2008, а также грантом фонда содействия отечественной науки (2008-2009). Апробация результатов

Основные результаты диссертации доложены на международных научных конференциях:

• Saratov Fall Meeting - International School for Young Scientists and Students on Optics, Laser Physics & Biophysics, Saratov, Russia, 1999-2005 и 2008-2009

• Международная конференция, посвященная 100-летию со дня рождения Р.В. Мерцлина «Физико-химический анализ жидкофазных систем», Саратов, 2003.

• NATO Advanced Study Institute Photopolarimetry in Remote Sensing, Yalta, Ukraine, 2003.

• 6-7, 9-11* Conf. on Electromagnetic and Light Scattering by Nonspherical Particles, Halifax (2001), Bremen (2003), St. Petersburg (2006), Bodrum (2007), Hertfordshire (2008).

• Workshop on Biophotonics and Biomedical Optics "BBO-06", Wuhan, China, 2006

• International Conference «Laser Optics for Young Scientists», St. Petersburg, 2006

• 10th Russian-German-Ukrainian Analytical Symposium, 2007, Saratov, Russia

• 1-ый и 2-ой Международный форум по нанотехнологиям, 2008 и 2009, Москва, Россия

• International School-Conference Biophotonics-09, 2009, Ven, Sweden

• International Conference SPIE Photonics Europe 2010, Brussels, Belgium Публикации

По теме диссертации опубликовано 123 работы, в том числе 51 статья в журналах из перечня, рекомендованного ВАК для публикации результатов докторских диссертаций. Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, основной части, содержащей 7 глав, заключения и списка цитируемой литературы, состоящего из 899 ссылок. Диссертация изложена на 508 страницах текста, содержит 11 таблиц и 152 рисунка. Краткое содержание работы

Во Введении обоснована актуальность темы работы и её научно-практическое значение, представлены объекты и методы исследования.

В Главе 1 приведен аналитический обзор литературы по теме диссертации. Рассмотрены основные методы синтеза и исследования плазмонно-резонансных наночастиц, включая частицы КЗ, золотые наностержни и нанооболочки. Обсуждаются оптические свойства металлических наночастиц, диэлектрические функции наноразмерных образцов, приближенные и строгие методики моделирования спектров экстинкции и рассеяния наночастиц. Рассмотрены принципы функционализации металлических наночастиц биомакромолекулами и основные направления биофизических и биомедицинских применений наночастиц.

Глава 2 посвящена теоретическому анализу двух- и многослойной модели биоконъюгатов коллоидного золота (КЗ) и экспериментальным исследованиям адсорбции биополимеров на поверхности золотых наночастиц.

Теоретический анализ двухслойной модели конъюгата. В качестве оптической модели двухслойного биоконъюгата КЗ использовали сферическую частицу с диаметром золотого ядра с! = 2Я и полимерной оболочки ^ = 2/?). = с! + 25 (я-толщина оболочки) и соответствующими показателями преломления п и я,. Диаметр золотого ядра с! изменялся от 5 до 100 нм, а значения толщины оболочки и показателя преломления: 5 = 5-10 нм, п= 1.4 1.5 типичны для иммуноглобулинов и других глобулярных Рис. 1. Зависимости параметров белков. Цель теоретического анализа - определение Еы и Е!саот диаметра частиц, оптимального размера частиц, наиболее эффективно Расчет для оболочек с параметрами трансформирующих адсорбцию биополимера в п) = 1.4,5 = 5 (1) и 10 нм (2). детектируемый оптический сигнал?

Расчеты показали, что адсорбция полимера приводит к увеличению максимумов плазмоиных резонансов экстинкции и рассеяния, а также к неоднородному уширению спектров конъюгата в красную область. Увеличение толщины и показателя преломления оболочки увеличивает изменения максимумов экстинкции и рассеяния, причем наибольшие эффекты наблюдаются для наименьших частиц (в нашем случае с1тЫ = 5 нм). Наибольшие спектральные сдвиги максимума рассеяния наблюдаются для малых частиц, а в средней области размеров величины Дпримерно постоянны. Увеличение показателя преломления или толщины оболочки приводит к увеличению спектральных сдвигов, причем максимальный спектральный сдвиг является размерно-зависимым. Расчеты спектральных изменений при адсорбции биополимеров различной толщины и показателя преломления на частицах разного размера показали универсальный характер зависимости спектрального сдвига Д2ПШ,./Л^ х~ от разности

диэлектрических проницаемостей оболочки и среды и объемной доли оболочки g.

Наибольшие изменения спектров экстинкции и рассеяния наблюдаются для наиболее мелких частиц, что объясняется просто наибольшим относительным изменением их поляризуемости. Однако этот вывод справедлив для случая полного покрытия частиц разного размера слоем одинаковой толщины, что при фиксированной весовой концентрации дисперсной фазы возможно лишь при различных количествах адсорбированного полимера. Для характеристики эффективности конъюгата-наносенсора использовали относительное изменение максимумов экстинкции или рассеяния, деленное на объемную долю полимера <р в конъюгате Е1Я = 1(р, £„, = ¿7та< / (р [3].

Зависимость параметров эффективности Ет и Киа от диаметра частиц показана на рис. 1 для двух значений толщины оболочки 5=5 и 10 нм и показателя преломления п5 = 1.4. Видно, что высокие значения параметра Ет достигаются в области 40-80 нм. Низкие значения параметра Еех1 для самых малых частиц означают, что для полного покрытия таких частиц требуется большее количество полимера, которое не компенсируется высокими значениями относительных изменений оптического сигнала. Уменьшение Еш для крупных частиц объясняется слишком слабыми изменениями спектров экстинкции и рассеяния.

то

ш"

е>Л 1

—\

2 Ч

/ /

//!- п,=1.4 $=5нм

/ 2- | п.= 1.4 э=1 Онм 5 1 1

0 20 40 60 80 100 Диаметр частиц, нм

Теоретический анализ многослойной модели. В качестве оптической модели конъюгата КЗ с биополимером использовали многослойную сферическую частицу с диаметром золотого ядра с/г = и двумя неоднородными оболочками. Первая оболочка моделирует конъюгат (слой узнающих молекул), вторая - присоединение молекул-мишеней. Каждая оболочка может состоять из произвольного числа слоев с толщинами и ,у2, и показателями преломления и]( и л2,. Для расчетов спектров поглощения и рассеяния использовали модель с параметрами: толщины слоев и показатели преломления первой оболочки я,, = «12 = 2.5 нм, пп = 1.50, пп = 1.45, а для второй оболочки у21 = 2 нм, =3 нм, п21 = 1.45, л22 = 1.40.

На рис. 2а приведены спектры экстинкции и статического рассеяния, рассчитанные для частиц с диаметром ядра 40 нм. Видно, что формирование второй неоднородной оболочки приводит к незначительным изменениям спектров экстинкции и к вполне детектируемым изменениям спектров упругого рассеяния. В реальных экспериментах более информативными являются дифференциальные спектры экстинкции и рассеяния, вычисляемые как разность между спектрами золотых частиц с покрытием и без него ААЮ(Л) = А^Л) - ДДА) или как аналогичная разность ААп(Л) = А2(Л) - А^Л) для вторичной оболочки. Расчеты показали, что максимумы резонансов дифференциальных спектров сдвинуты в красную область по сравнению с ПР золотых частиц, а величина и форма дифференциальных резонансов существенно зависят от размера частиц. Эта зависимость тесно связана с проблемой оптимизации наносенсоров по размерам частиц. На рис. 26 приведено решение этой проблемы в отношении выбора оптимального размера наночастиц с использованием многослойной модели. Графики рис. 26 показывают зависимость максимальных значений разности экстинкции АА21шх = (А2-А,)тах и рассеяния Д/21тах от диаметра частиц. Эти зависимости имеют максимум - около 40-60 нм для экстинкции и около 70-90 нм для рассеяния света. Этот важный вывод был экспериментально подтвержден в [Л2] после публикации нашей работы [4].

400 500 600 700' 0 20 40 60 80 100 120

Длина волны, нм Диаметр частиц, нм

Рис. 2. (а) - Спектры экстинкции А(Х) (сплошные линии) и интенсивности рассеяния под углом 90° /^(Л) (штриховые линии) для исходных золотых частиц (кривые 1), конъюгатов с первичной (2) и вторичной (3) двухслойными оболочками. Расчет для диаметра золотого ядра 40 нм. (б) -Зависимость максимальных изменений экстинкции ¿Цм™* (сплошная кривая) и рассеяния Л/2]т>х (штриховая кривая) от диаметоа частиц.

Экспериментальное исследование адсорбции биополимеров на золотых наночастицах. Препараты коллоидного золота получали восстановлением золотохлористоводородной кислоты (НАиС14) цитратом натрия по методу Фрэнса. Средние

диаметры частиц золя, определенные по спектрофотометрической калибровке, равны 15 и 34 нм, а по методу динамического рассеяния света (ДРС) - 18 и 35 нм соответственно. Измерение спектров экстинкции проводили на спектрофотометре йресогс! М40. Для измерений спектров рассеяния использовали специальную приставку и методики, описанные в [5].

На рис. 3 приведены спектры экстинкции и рассеяния для частиц исходного золота диаметром 34 нм (кривые 1), после добавления раствора (а) и желатина (б). Адсорбция (рис. За) увеличивает максимумы плазмонных резонансов примерно на 10% для экстинкции и на 20% для рассеяния и сдвигает резонансы в красную область примерно на 3 нм для экстинкции и на 4-5 нм для рассеяния. Теоретические расчеты хорошо согласуются с экспериментальными данными рис. За, если использовать параметры оболочки конъюгатов: показатель преломления в диапазоне 1.40-1.45, толщина полимерного слоя около 5 нм. Измерения методом динамического рассеяния (таблица 1) подтверждают этот вывод.

450

500 550 600 Длина волны,нм

650

1.6

1.2

0.8

0.4

0.0

2 (б)

^ 2 \ „ 1/\\\ / 1д\ -

Г — А

I 1

ч ш

450

500 550 600 Длина волны,нм

650

Рис. 3. Спектры экстинкции и интенсивности рассеяния (А, 1<я) для исходного 34 нм золя (а,б - 1), и после добавления 1§0 (а - 2) в концентрации 8 мкг/мл и желатина в концентрации 0.25 мг/мл (б - 2).

Сопоставление спектров рис. За и рис. 36 обнаруживает большое сходство в изменениях величины и спектрального положения максимумов экстинкции и рассеяния при адсорбции и желатина. Отсюда напрашивается вывод, что в обоих случаях формируется адсорбционный слой похожей толщины и структуры. Однако это предположение является ошибочным, в чем можно убедиться на основе данных ДРС. Адсорбированный слой желатина имеет среднюю толщину .т = 18± 1пм (таблица 1). Это значение более чем в 3 (!) раза превышает значение толщины адсорбционного слоя для

Таблица 1. Определение толщины полимерной оболочки методом ДРС

Полимер Диаметр золотых частиц, нм Диаметр биоконъюгатов, нм Толщина оболочки, нм

ЧС 18+2 30.5 ±3 6.2 ±2.5

34 ± 2 45 + 3 5.5 ±2.5

Трипсин 18 + 2 27 ±2 4.5 ±2.0

Желатин 18±2 50 + 3 16 ± 2.5

34 + 2 70 ±3 18±2.5

Чтобы убедиться в том, что более чем трехкратное отличие в толщинах слоя не связано с какими-либо особенностями 34-нм частиц, мы повторили все эксперименты с частицами 18-нм размера. Мы наблюдали полную аналогию в изменениях спектров экстинкции при

добавлении разных биополимеров, а изменения спектров рассеяния при добавлении глобулярного белка были даже больше, чем при добавлении желатина. Однако измерения методом ДРС снова указывали на более чем трехкратное различие в толщинах оболочки. Замена другим глобулярным белком (трипсином) дала похожие результаты

[7].

Основная причина отличия результатов ДРС от результатов оптической спектроскопии связана с отличием глобулярной структуры и трипсина от структуры макромолекул желатина. Для объяснения слабого изменение спектров экстинкции и рассеяния при конъюгации коллоидного золота с желатином мы применили сначала простую модель с однородной оболочкой и выполнили расчеты для различных толщин 5, используя значение п3 = 1.355-1.40, характерные для 10-40% желатиновых гелей. Однако эта модель не давала согласия с экспериментом. Тогда мы предположили, что решение проблемы может быть связано с неоднородностью адсорбционного слоя и использовали аппроксимацию в виде 10 слоев с уменьшающейся плотностью. В отличие от данных для однородной модели (рис. 4а), изменения спектров на рис. 46 хорошо согласуются с экспериментальными (10% для экстинкции и 20% для рассеяния) при толщине оболочки, близкой к данным ДРС.

500

Длина волны, нм

ч 0) X

Длина волны,нм

Рис. 4. Спектры экстинкции и интенсивности рассеяния (А, /90), рассчитанные для 15-нм частиц без покрытия (1), с однородным полимерным покрытием с показателем преломления и, = 1.40 (2, а) и с модельным 10-слойным профилем показателя преломления адсорбированного желатина (2, б) толщиной 16 нм.

Глава 3 посвящена изучению спектров деполяризации света, рассеянного золотыми и золото-серебряными наностержнями, а также мультипольных резонансов в длинных наностержнях. Кроме этого, приведены оригинальные данные по синтезу и оптическим свойствам композитных золотых наностержней с серебряной оболочкой

Теоретическое и экспериментальное исследование деполяризации света, рассеянного золотыми наностержнями

Если падающий свет поляризован перпендикулярно по отношению к плоскости рассеяния (к5.,к0), то рассеянный свет, в общем случае, является частично поляризованным с отличной от пуля интенсивностью с поляризацией в плоскости рассеяния.

Согласно теории рассеяния света малыми частицами [ЛЗ], максимальное значение фактора деполяризации Д|н =/(Н / Дг не может превышать 1/3 для «обычных» диэлектрических стержней с положительными значениями реальной и мнимой части диэлектрической проницаемости. Однако из этого правила есть очень важное исключение, подтвержденное в расчетах и эксперименте - металлические наностержни с плазмонным резонансом. Оценки фактора деполяризации, сделанные с учетом возможных значений

диэлектрической проницаемости ПР-частиц, дали теоретический предел Д^ =3/4 [11], существенно превышающий значение 1/3, указанное Керкером [ЛЗ].

Экспериментальное наблюдение значений деполяризации света выше 1/3 является сложной задачей, т.к. наличие побочных продуктов синтеза (сфер, кубов) в суспензии наностержней увеличивает вклад ко-поляризационной компоненты в спектре рассеяния, в то время как кросс-поляризационная остается неизменной. Для устранения влияния примесей на измерение деполяризации света мы модифицировали стандартный протокол синтеза частиц на мягких матрицах цетилтриметиламмоний бромида (ЦТАБ, СТАВ в английской транскрипции), введя в него дополнительный шаг - очистку образца путем центрифугирования в градиенте концентраций глицерина [10]. Для экспериментов синтезированы три образца с продольным резонансом на 670, 730 и 820 нм, как описано в [26]. Для измерения деполяризации рассеянного света коллоидов нами создана и протестирована установка (рис. 5а). Как видно из рис. 56, инструментальная погрешность не превышала 0.5% в наиболее важной области около 600 нм.

Латекс с)=137 нм

600 800 Длина волны,нм

Рис. 5. (а) Схема установки для измерения фактора деполяризации рассеянного света: галогенная лампа (/), линзы (2), ирисовые диафрагмы (5), интерференционные фильтры (4) (Л.« = 400-1000нм), четырехсторонняя 1-см кювета (6), поляризационные призмы Глана-Томпсона (5), сферическое зеркало с центральным отверстием (0.1, 0.5, и 1.5 мм) (7), ФЭУ-79, АЦП или система счета фотонов (ССФ, Р^осог-РБ), компьютер ПК. (б) Спектральные зависимости фактора деполяризации для трех тестовых образцов (полистирольный латекс 137 нм и сферы из двуокиси кремния 114 и 160 нм).

Используя метод Т-матриц [10], мы рассчитали спектры экстинкции А(Я), интегрального рассеяния Аха(А) и деполяризации Д1Я(/.) для золотых хаотически ориентированных сфероидов и э-цилиндров с толщиной 2Ь=5-40 нм и осевым отношением е = 1 — 6 (рис. 6а). Основной результат этих расчетов может быть сформулирован в виде двух основных тезисов: (1) максимум спектра деполяризации смещен в синюю область относительно длинноволнового максимума спектра экстинкции; (2) фактор деполяризации может превышать 1/3 для частиц с небольшим осевым отношением е = а/Ь>2. Изображения наностержней методом трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ) до и после сепарации (рис. 66) показывают существенное уменьшение побочных частиц в результате очистки. Спектры экстинкции до и после сепарации (рис. 6в) отличаются как по положению максимума (800 нм до и 780 после сепарации) так и по отношению длинноволнового и коротковолнового резонанса Л2 / Д, которое возрастает от 3.5 до 4.4.

Максимум спектра деполяризации сепарированного образца (рис. 6г) лежит в диапазоне 570-580 нм, причем значение максимума равно 50%. Представленная на рисунке ошибка измерений соответствует стандартному отклонению при трех независимых измерениях. Из рисунка видно, что общий вид спектра находится в согласии с данными компьютерного моделирования даже с использованием простой модели монодисперсных частиц (рис. 6а,

кривая для частиц с осевым отношением 4). Для более детального сравнения мы рассчитали спектры экстинкции и деполяризации с использованием модели, основанной на данных электронной микроскопии [26]. Модель включала распределение стержней по факторам формы (среднее значение ет и ширину нормального распределения а) и фракцию побочных частиц с числовой долей \¥Ьр. Вычисления по методу Т-матриц с

использованием этих параметров дали прекрасное согласие измеренных и расчетных спектров (рис. 6в, г).

и га

а> 4

CL Ё

~1-1-

500 600 700 Длина волны,нм (в)

800

600 800 1000 1200 Длина волны, нм

До сепарации После сепарации

— Лг- —

200 nm

(г)

S S

ZT ГО 00 S

а. о; С о с:

а> d CL О

ГО

50 40 30 20 10

- г

Т Г — Теория

О Экспер. i i

400 600 800 Длина волны, нм

Рис. 6. (а) - Спектры фактора деполяризации Д,„(Я), рассчитанные для хаотически ориентированных золотых э-цилиндров с толщиной 15 нм и осевым отношением е = а/Ъ = 1.2-3(шаг 0.2), 4-6(шаг 1) в воде, (б) ТЭМ изображения суспензии наностержней до и после сепарации в градиенте плотности глицерина (показано в пробирке слева), (в) Спектр экстинкции наностержней (ПР 800 нм) до и после сепарации, а также расчет с параметрами (еп„=3.7, <т = 0.1, ^=0.06). Вставка показывает распределение частиц по осевым отношениям согласно ТЭМ данным и аппроксимацию нормальным распределением, (г) Экспериментальный и теоретический спектры деполяризации. Значения ошибки измерений приведены по данным трех независимых экспериментов.

Исследования деполяризации рассеянного света были проведены также для других суспензий наночастиц, отличающихся осевым отношением и морфологией [26]. Во всех

случаях нам удалось добиться хорошего согласия данных эксперимента и теоретического расчета спектров деполяризации частиц.

Мультнпольные плазменные резонансы в металлических наностержнях

При увеличении осевого отношения (или объема) металлического наностержня в спектре экстинкции помимо «обычных» коротковолнового и длинноволнового резонансов наблюдаются мультнпольные резонансы - максимумы в оптическом спектре, отвечающие за сложные гармоники электромагнитного поля, индуцированного колебаниями свободных электронов частицы.

Для анализа мультипольных резонансов в золотых наностержнях мы рассчитывали спектры экстинкции, рассеяния и поглощения света для наностержней с хаотической ориентацией, а также для ТЕ [Е±плоскости (к,а)] иТМ [Е|| плоскости (к,а)] поляризаций поля при различных углах а между волновым вектором к и осью симметрии а частицы от 0° до 90 . В качестве модели наностержня мы рассматривали три типа частиц: цилиндр, сфероид и цилиндр с полусферическими концами. Так как природа возбуждения мультипольных резонансов во всех исследуемых видах частиц была одинаковой, а различия в положениях резонансов (обсуждаемые подробно в диссертационной работе) были не столь велики, здесь обсуждаются результаты, полученные только для модели цилиндра с полусферическим концами [23].

На рис. 7 представлены спектры экстинкции 0е" (А) хаотически ориентированных сфероидов и Б-цилиндров с толщиной ¿/ = 80 нм и осевым отношением е = 10. Кроме обычного длинноволнового дипольного резонанса (на рисунке не показан), в спектре наблюдаются еще 5 мультипольных резонансов.

(а) с :> d=80 нм е=10 (б)

400 800 1200 1600 2 4 6

Длина волны, нм Нормирован, осевое отношение, е/п

Рис.7, (а) - Спектры экстинкции Q'"(Ä) хаотически ориентированных s-цилиндров с толщиной rf = 80HM и осевым отношением е=10. Кривые qt-qb показывают спектр для каждого из мультипольных вкладов. Кривая Qcxl показывает общий спектр экстинкции, являющийся суммой всех мультипольных вкладов, (б) - Линейная зависимость резонансных длин волн Ла от нормированного осевого отношения ein. Уравнение линейной аппроксимации представлено на графике.

Детальное исследование спектра экстинкции позволило нам впервые сформулировать фундаментальные правила мультипольных вкладов [21, 23]: (1) каждый резонанс в общем спектре экстинкции является суммой вкладов от нескольких мультиполей, а не отвечает за конкретный вид мультипольных колебаний; (2) для каждого спектрального резонанса с номером и, номера мультипольных вкладов / больше или равны п, и подчиняются следующему правилу:

1>п 1>п

Иначе говоря, в резонанс с четным номером вносят вклад мультиполи только с четным номером больше или равным номеру этого резонанса, и аналогично для нечетных номеров.

Расчет мультипольных резонансов при различных углах ориентации между волновым вектором и осью симметрии частицы показал, что четные резонансы эффективнее возбуждаются при промежуточных углах (а = 38,57,73°), в то время как нечетные имеют максимум при перпендикулярной (or = 90°) ориентации.

Сравнение наших теоретических данных с результатами эксперимента [JI4] и моделирования спектров методом DDA показало лучшее согласие Т-матричного расчета с экспериментом [23].

Для выяснения скейлинговых свойств мультипольных резонансов мы провели исследование положений резонансов для наностержней с диаметром d = 20, 40 и 80 нм при различных осевых отношениях частиц от 2 до 20. Оказалось, что резонансы для разных осевых отношений появляются на одинаковых длинах волн, что свидетельствует о возможности их картирования. Например, дипольный резонанс (п = 1), квадруполышй (п = 2) и высшие резонансы п = 3-8 частиц {d = 80 нм) локализованы на одной длине волны Л „=720 нм если соответствующее осевое отношение частицы е=2, 4... 16, то есть если отношение е/п = 2 = const. Следующая характерная длина волны Л „=950 нм - при условии е/п = 3 = const и так далее. Таким образом, длины волн мультипольных резонансов линейно зависят от осевого отношения, деленного на номер резонанса Л„= + Д(е/п) (рис. 76). Физически скейлинговые свойства мультипольных резонансов могут быть объяснены с использованием концепции стоячих плазмонных волн, возбуждаемых светом в частице [J15]: на длине стержня должно укладываться целое число волн: L~e~nAn. Помимо скейлинговых свойств мультипольных резонансов, наши вычисления для частиц, помещенных в диэлектрические среды с разным показателем преломления пт, показали линейную зависимость сдвигов максимумов плазмонных резонансов в красную область с увеличением показателя преломления окружающей среды, что обобщает полученный ранее закон для дипольного продольного резонанса [16].

В заключение отметим, что аналогичные результаты были получены несколько позже в работах [JI6] (картирование мультиполей) и [Л7] (индикатрисы рассеяния) с цитированием нашей статьи [23].

Синтез и исследование оптических свойств золотосеребряных наностержней

Диапазон настройки плазменного резонанса золотых наностержней в зависимости от осевого отношения частицы находится области от -650 нм до ИК (для добротных спектров - > 700 нм) и не может быть настроен в коротковолновую часть спектра. Замена золота на серебро могла бы существенно расширить спектральный диапазон настройки ПР, поскольку спектры экстинкции серебряных наностержней перекрывают всю видимую область. К сожалению, на сегодняшний день нет надежных технологий получения стабильных серебряных наностержней с необходимыми геометрическими параметрами. Напротив, для золотых наностержней разработаны воспроизводимые надежные методы контролируемого синтеза наночастиц с высоким выходом. Все сказанное выше наводит на мысль использовать золотые наностержни как промежуточный шаблон для последующего нанесения серебряного нанослоя [JI8, 44].

Золотосеребряные наностержни были получены по двухшаговому протоколу (схематически представленному на рис. 8). На первом шаге синтезируются золотые наностержни с требуемыми геометрическими и оптическими параметрами, а на втором

шаге на поверхности частиц формируется слой серебра контролируемой толщины. В качестве шаблона для синтеза нами использовалось два типа золотых наностержней: частицы имеющие форму s-цилиндра с осевым отношением 3.7 и плазмонным резонансом, локализованным около 800 нм (NR-800); и частицы имеющие форму «собачьей кости» с осевым отношением 2.7 и ПР 710 нм (NR-710). Во всех случаях увеличение толщины серебряного нанослоя на поверхности золотых наностержней приводило к контролируемому смещению ПР композитных частиц в коротковолновую часть спектра вплоть до 550 нм (рис. 9 а,б). Помимо смещения плазмонных резонансов, формирование серебряной нанооболочки контролировалось появлением характерных пиков серебра в EDX-спектрах (энерго-дисперсионная рентгеновская спектроскопия) образцов, данными ТЭМ, смещением максимумов спектра деполяризации частиц и сопровождалось визуальным изменением цвета коллоидов (рис. 8) [44, 50].

Рис. 8. Двухшаговая схема синтеза наностержней Au/Ag. На первом шаге получаются СТАВ-покрытые 2-4 нм Au зародыши и сепарированные Au наностержни (НСт). На втором шаге формируется серебряная нанооболочка путем восстановления нитрата серебра изоаскорбиновой кислотой (AsA) в присутствии поливинилпирролидона (PVP). Показаны примеры ТЭМ изображения частиц, изменения цвета коллоидов и спектров экстинкции при увеличении толщины оболочки.

На основе расчетов оптических свойств композитных золото-серебряных наностержней, выполненных с использованием модели двухслойного конфокального сфероида и метода разделения переменных, мы разработали метод оценки толщины серебряной нанооболочки по относительному спектральному сдвигу плазмонных резонансов данных композитных частиц [49, 50] (рис. 9в). Было показано, что этот метод дает толщины, согласующиеся с прямыми ТЭМ измерениями и с оценкой на основе отношения масс Ag/Au.

Для исследования корреляции между спектрами экстинкции и деполяризации золотых и золотосеребряных наностержней мы скомбинировали измерения для 4 образцов золотых

наностержней (максимумы плазменных резонансов равны 970. 830, 800 и 630 нм) и нового образца золото-серебряных наностержней с ПР 580 нм. С использованием этих образцов в работе [50] впервые представлены экспериментальные данные (рис. 10) по корреляции между максимумом ПР экстинкции и максимумом деполяризации в широком спектральном диапазоне от 580 до 970 нм. Для реального полидисперсного образца золотых наностержней с ПР на 970 нм впервые максимум деполяризации зарегистрирован на 700 нм. При этом теория (расчет по ТЭМ-модели со стержнями и побочными частицами) и

Длина волны, нм Длина волны, нм

Рис. 10. Спектры экстинкции (а) и деполяризации (б) четырех образцов Аи наностержней и одного образца Аи/А§ наностержней. Стрелки указывают синий сдвиг максимума деполяризации.

Глава 4 посвящена синтезу и исследованию оптических свойств золотых нанооболочек (ЗН) на ядрах из двуокиси кремния, т.е. концентрических квазисферических наночастиц, состоящих из диэлектрического ядра диаметром от нескольких десятков до сотен нанометров и золотой оболочки толщиной от единиц до десятков нанометров.

Золотая нанооболочка

Рис. 11. Схематическое изображение протокола синтеза нанооболочек восстановлением золотохлористоводородной кислоты (ЗХВК) на ядрах из двуокиси кремния, покрытых зародышами Аи путем предварительного аминирования триаминопропилтриметоксисиланом (АПТМС).

Способ получения ЗН состоит из 4 основных этапов, схематически представленных на рис. 11 ([Л9]). На первом этапе синтезируются наночастицы двуокиси кремния заданного размера путем гидролиза и последующей конденсации тетроэтилортосиликата (ТЭОС) в

среде этанола в присутствии аммиака по методу Стёбера. Следующим шагом является поверхностная функционализация ядер аминными группами. Третий этап состоит в адсорбции на функционализованных ядрах коллоидного золота малого размера (2-4 нм). На последнем этапе ЗН получают путем дополнительного восстановления НАиС14 на адсорбированных золотых зародышах. Толщина золотой оболочки зависит от соотношения суммарной поверхности частиц и количества восстанавливаемого золота.

Для всех биомедицинских приложений ЗН необходим контроль их геометрических параметров и концентрации. Так как ЗН синтезируются по многошаговому протоколу, на первом этапе которого получают силикатные ядра, то фактически именно их размер и концентрация определяют общий размер частиц и концентрацию ЗН в финальных препаратах. В работах [27, 36] предложен удобный метод определения размера, показателя преломления и концентрации силикатных ядер. Определение среднего размера силикатных ядер различными методами (ТЭМ, атомно-силовая микроскопия, ДРС и спектротурбидиметрия) показало хорошее согласие результатов.

Спектры резонансного рассеяния ЗН и многослойных металлодиэлектрических структур

Сильное рассеяние света ЗН и возможность настройки их плазмонного резонанса позволяет конструировать «мультицветные» метки на основе ЗН с варьируемыми параметрами структуры (радиус ядра /?, и толщина золота 5у). Однако существенным

недостатком таких меток является большая полуширина спектров рассеяния (150-200 нм). Экспериментально синтезированные суспензии ЗН имеют бблыную ширину спектральных максимумов по сравнению с теоретической шириной для монодисперсных двухслойных частиц. Эти расхождения можно объяснить влиянием двух основных факторов -полидисперсности частиц и размерной зависимостью оптических констант в тонкой золотой оболочке (размерный эффект) [15, 19]. Расчет спектров резонансного рассеяния полидисперсных суспензий ЗН с учетом размерной зависимости оптических констант золота показал, что при отношениях радиуса диэлектрического ядра к толщине оболочки от 3 до 25 размерный эффект приводит к существенному увеличению ширины спектров светорассеяния ЗН, при этом разница в значениях полуширин может быть аппроксимирована прямой. При значениях /$ меньше 2 это влияние незначительно.

Учет полидисперсности взвесей ЗН приводит к дальнейшему увеличению ширины спектральных максимумов, причем влияние полидисперсности становится существенным при ширине распределения по толщинам нанооболочек более 30%. Вклады обоих эффектов в уширение резонансного спектра рассеяния увеличиваются с увеличением отношения радиуса ядра к толщине ЗН.

Чтобы проверить теоретические выводы, мы синтезировали два образца ЗН с различными структурными параметрами, которые оценивались методом ДРС. Образец 1 имел средний диаметр диэлектрического ядра 90 нм, среднее значение толщины оболочки около 30 нм и широкое распределение по толщинам слоя золота. Образец 2 имел диаметр ядра 70 нм и узкое распределение по толщинам оболочки (среднее значение 12 нм, полидисперсность около 12%). В обоих случаях распределение по диаметрам ядра было очень узким и не превышало 5%.

На рис. 12а представлены спектры рассеяния, рассчитанные для моделей с радиусом ядра 45 нм и монодисперсной золотой оболочкой толщиной 30 нм (кривая 1), с распределением по толщинам нанооболочек (кривая 2), а также экспериментальный спектр нанооболочек (точки 3). В данном случае отношение Л /$ =1.5, поэтому размерный эффект в металле не приводит к существенным изменениям в спектрах светорассеяния нанооболочек, а спектры, рассчитанные без размерной модификации оптических констант золота, совпадают с

кривыми 1 и 2 (данные не представлены). Расчет с использованием экспериментального распределения по толщинам нанооболочек (метод ДРС), позволяет получить хорошее согласие теоретических и экспериментальных спектров (точки 3) для модели, учитывающей только полидисперсность образца (кривая 2).

Для второго образца (рис. 126) Я,/в =2.9, а ширина распределения по толщинам

оболочек не превышала 20%. На рис. 126 представлены спектры светорассеяния, рассчитанные для модели с радиусом ядра 35 нм и толщиной оболочки 12 нм с объемными константами золота (кривая 1), с учетом размерного эффекта (кривая 2), а также экспериментальный спектр рассеяния (точки 3). Результаты расчета для полидисперсной модели в данном случае почти совпадают с кривыми 1 и 2 рис. 126. Таким образом, для узкого распределения частиц по размерам мы получили согласие теоретических и экспериментальных спектров рассеяния, используя модель с монодисперсной ЗН и размерной модификацией оптических констант. Здесь уширение спектра целиком определяется размерным эффектом.

■ и

5 5

оГ 4

к 0

8 2

аз 1

а. '

^ 0 г- „

i 500 600 700 800 900 i 500 600 700 800 900 Длина волны, нм Длина волны, нм

Рис. 12. (а): Спектры рассеяния, рассчитанные с учетом размерного эффекта для частиц с радиусом ядра двуокиси кремния 45 нм и монодисперсной золотой оболочкой толщиной 30 нм (кривая 1) или с распределением по толщинам (кривая 2). (б): Теоретические спектры для монодисперсной модели с ядром 35 нм и оболочкой 12 нм, рассчитанные без (1) и с учетом размерного эффекта. Точки (3) показывают экспериментальные спектры.

Для выяснения роли размерного эффекта в наночастицах на ширину спектров резонансного рассеяния трехслойных металлодиэлектрических структур нами было выполнено сравнение данных теоретического моделирования для двух моделей частиц: (1) обычных металлических (золотых и серебряных) нанооболочек на ядрах из двуокиси кремния; (2) - трехслойных частиц, состоящих из металлического ядра, слоя оксида кремния и металлической нанооболочки. Внешний размер частиц при этом был постоянным - 20 нм. Вопреки данным [Л 10], мы показали, что эффект ограничения длины свободного пробега электрона в металле приводит к одинаковому уширению спектров металлических нанооболочек и трехслойных металлодиэлектрических структур [15] и исключает возможность создания узких спектральных меток, заявленную в [JI10].

Биосенсорный потенциал ЗН: оптимизация геометрических параметров

В основе использования плазмонно-резонансных частиц в качестве элементарных сенсоров лежит зависимость их плазмонного резонанса от изменения показателя преломления локального диэлектрического окружения при биоспецифическом взаимодействии макромолекул вблизи поверхности частицы. При оценке эффективности использования наночастиц как единичных биосенсоров важно учитывать, что акт молекулярного связывания вблизи поверхности частицы приводит к изменению не показателя преломления среды в целом, а лишь локального диэлектрического окружения.

(а)

/а Р/

Во-вторых, конъюгат (наночастица с прикрепленными к поверхности узнающими молекулами), уже включает предварительно сформированный или «первичный» полимерный слой. Присоединение молекул-мишеней приводит к формированию «вторичного» неоднородного слоя, плотность которого отличается от плотности первоначального слоя и уменьшается с увеличением расстояния от поверхности конъюгата. Поэтому для адекватного описания изменения оптических свойств биосенсора необходимо использование многослойной (как минимум, с двухслойной полимерной оболочкой) модели частицы. В простейшем случае зависимость сдвига плазмонного резонанса от параметров локального окружения можно получить с помощью простого аналитического способа оценки поляризуемости многослойной наночастицы и принципа дипольной эквивалентности [21]. Такие оценки показали [21], что ЗН на ядрах из двуокиси кремния будут более эффективными биосенсорами по сравнению с частицами КЗ того же размера. Нами были также строго рассчитаны спектры экстинкции и рассеяния при адсорбции первичного и вторичного слоя биополимера на ЗН для разных моделей.

Для примера на рис. 13а приведены спектры экстинкции и рассеяния для исходных ЗН (7), конъюгатов с первичной (2) и вторичной (3) оболочками. Из расчетов, проведенных для

(б)

-0.10

0.05

Д<3е.

0.2

0.0

-0.2

500 600 700 Длина волны, нм

800

0.00

С— о ^ V ^яа. А 1 2\\

500

600 700 800 Длина волны,нм

Д<2*са 0.04

0.02

0.00

-0.02

С'/Ад^ГОкстинкция)

^'/^(Ршхвянна)

0.2 0.4 0.6 0.8 1 Отношение

0.2 0.4 0.6 0.8 Отношение

Рис. 13. (а) - Зависимость спектров экстинкции и рассеяния для ЗН (/), конъюгатов с первичной (2) и вторичной (.?) оболочками. Расчет для модели: диаметр частицы ¿/8=50, толщины слоев и показатели преломления оболочек я, = = 5 нм, и, =1.50, п2 = 1.40; толщина золотой нанооболочки 5 нм. (б) - Дифференциальные спектры экстинкции и рассеяния, соответствующие формированию первой двухслойной оболочки адсорбированного полимера (Д£Г*ю,ДО""к>-кривые 1) и второй двухслойной оболочки (ДО™21,Д2'™21 -кривые 2). Зависимости нормированных максимальных изменений экстинкции (в) и рассеяния (г) при присоединении молекул-мишеней к конъюгату ЗН, от относительной толщины ЗН.

разных значений толщины ЗН, можно сделать два основных вывода. (1) Как и в случае частиц КЗ, изменения спектров и спектральные сдвиги, вызванные формированием первичного слоя, существенно превосходят соответствующие при формировании вторичного слоя полимера. (2) Абсолютные значения изменения спектров ЗН, вызванные формированием первичного и вторичного полимерного слоев, меньше соответствующих, полученным для КЗ, в то время как спектральные сдвиги в случае ЗН, превышают соответствующие для КЗ и увеличиваются с уменьшением толщины оболочки.

В реальных экспериментах более информативными являются дифференциальные спектры экстинкции и рассеяния, вычисляемые как разность между спектрами до и после присоединения соответствующего биополимерного слоя. На рис. 136 приведен пример таких спектров, полученных из разностей в спектрах на рис. 13а. Спектральные положения максимумов изменения экстинкции в случае присоединения первичной и вторичной полимерной оболочки практически совпадают, а величина дифференциального максимума для вторичной оболочки заметно меньше, чем для первичной. Этот же вывод справедлив и для максимального изменения интенсивности рассеяния.

Для тонких ЗН с отношением толщины оболочки к радиусу <0.2 наблюдаются

спектральные области с отрицательным эффектом, то есть уменьшение экстинкции или рассеяния при формировании второй оболочки. Это объясняется тем, что максимумы резонансов спектров после формирования первичной и вторичной оболочки сдвинуты в красную область по сравнению с плазменными резонансами экстинкции и рассеяния непокрытых ЗН.

Таким образом, с одной стороны, при уменьшении относительной толщины ЗН л /

наблюдается увеличение дифференциальных резонансов за счет появления спектральной области с отрицательным эффектом, с другой стороны, абсолютная величина изменения максимумов в спектрах экстинкции и рассеяния тонких оболочек всегда меньше, чем для более толстых.

Пример определения максимального оптического отклика (для экстинкции и рассеяния) нанооболочек различной толщины по сравнению с изменениями для сплошного шара представлен на рис. 13в,г. Видно, что для экстинкции максимальный оптический отклик наблюдается для $ / =0.2 и приблизительно в 2 раза больше соответствующего для

шара, для рассеяния наиболее эффективно значение ^/Лг=0.4. В случае тонких

нанооболочек оптический отклик существенно меньше, чем у частиц КЗ, для толстых -близок к аналогичному для частицы КЗ.

Глава 5 посвящена изучению оптических свойств взаимодействующих ансамблей сфер и нанооболочек, которые далее будем называть коллективными оптическими свойствами. Целью исследования является анализ трансформации спектров при сближении ПР частиц в димеры, линейные цепочки, 2 и 3-Б кластеры, оценке возможности использования дипольного приближения в описании коллективных плазмонных резонансов, а также оптимизации параметров частиц и кластеров для фототермальной терапии рака.

Оптические свойства золотых и серебряных бисфер: сравнение дипольного и мультипольного подходов

В самом простом случае трансформацию спектров при сближении двух золотых и серебряных частиц можно получить в электростатическом приближении [Л 11а], используя аналитическое решение для тензора поляризуемости металлической бисферы [Л 11 б]. Однако границы применимости данного подхода к описанию оптических свойств сильновзаимодействующих частиц оставались невыясненными. Мы провели сравнение оптических свойств (спектров экстинкции) металлических бисфер, рассчитанных с

использованием электростатического тензора поляризуемости со строгим решением по многочастичной теории Ми [13]. Оптические свойства бисферы исследовались в терминах сечений рассеяния и поглощения при двух поляризациях относительно оси бисферы при ей перпендикулярной ориентации относительно направления распространения волны.

В случае перпендикулярной поляризации, оптическое взаимодействие частиц слабо и дипольный и мультипольный подход дают практически одинаковый результат моделирования спектра, близкий к изолированной сфере (оптические свойства которой описываются достаточно точно дипольным приближением вплоть до диаметра 50 им). Ситуация меняется в случае параллельной поляризации (рис. 14). Как для серебряных, так и для золотых частиц дипольное приближение предсказывает небольшой красный сдвиг максимума плазмонного резонанса при сближении двух частиц, в то время как строгое мультипольное решение показывает расщепление спектра на две полосы и сильный красный сдвиг длинноволнового максимума при уменьшении межчастичного расстояния. Исследование сходимости мультиполыюго решения показало также, что для правильного моделирования оптических свойств взаимодействующих частиц при решении системы связанных уравнений необходим учет мультипольных мод вплоть до высоких порядков (30-40) даже в том случае, когда для каждой отдельной частицы дипольное приближение является точным, а оптические характеристики связанных частиц определяются первыми тремя-четырьмя вкладами.

400 500 600 700 400 600 800 Длина волны, нм Длина волны, нм

Рис. 14. Спектры поглощения золотого 30-нм димера для параллельной поляризации (л: з||). Расчет в дипольном приближении (а) и по многочастичной теории Ми (б) для относительных расстояний <И = 0.5 (1), 0.2 (2), 0.1(3), 0.05 (4), 0.02 (5), 0.01 (6).

Учитывая сказанное, в дальнейших исследованиях коллективных плазмонных резонансов взаимодействующих частиц мы использовали только строгие мультипольные методы моделирования оптических свойств кластеров (многочастичное решение Ми и Т-матричный метод в кластерной формулировке).

Оптическое усиление фототермальной терапии с помощью золотых наночастиц и кластеров

Одним из перспективных приложений ПР наночастиц в медицине является фототермальная терапия рака. Принцип данного метода заключается в следующем. Конъюгаты ПР наночастиц селективно связываются с раковыми клетками за счет биоспецифического взаимодействия. При облучении лазерными импульсами энергия света преобразуется частицами в тепловую энергию, что вызывает повреждение раковых клеток за счет нагрева и денатурации белков или за счет механического повреждения взрывом парового пузырька в месте разогрева. Для успешной терапии необходимо согласование трех параметров: длины волны используемого излучения, максимума резонанса наночастицы и диапазона длин волн прозрачности биотканей. Настройка резонанса

наноструктур возможна за счет выбора их геометрических параметров и структуры (для нанооболочек и наностержней) или за счет смещения полосы плазмонного резонанса при агрегации сферических частиц в кластеры. Нами было проведено систематическое исследование коллективных плазмонных резонансов кластеров золотых наночастиц в сравнении с резонансами отдельных золотых наносфер, наностержней и нанооболочек [17]. Оптические свойства сравнивались в терминах коэффициента поглощения, и исследовалось возможное усиление поглощения в ИК-диапазоне (около 800 нм) спектра за счет самоассемблирования в 1, 2 и З-П кластеры. В качестве фактора усиления использовали отношение сечения поглощения кластера к сумме поглощений изолированных частиц Ра ={СаЬ!.)1 К{СаЬЛ), где скобки означают усреднение по ориентациям, структурам и т.п. Этот параметр определяет, насколько больше стал поглощать кластер на определенной длине волны по сравнению с системой невзаимодействующих частиц.

Расчет для частиц коллоидного золота различного диаметра показал, что в спектральном диапазоне прозрачности биотканей поглощение сферических частиц любого размера будет на 1-2 порядка ниже такового в области плазмонного резонанса (515-550 нм), и приближается к значениям для естественных хромофоров. Это обстоятельство ставит под сомнение селективность терапии как основного преимущества нанофототермолиза. Следовательно, использование в качестве меток для лазерного фототермолиза на длине волны 800 нм одиночных наночастиц КЗ будет неэффективно независимо от их размера.

Рис. 15. (а) Нормированное поглощение А1Ьз{Х) ЗН с диаметром ядра 100 нм. Толщина оболочки равна 5, 8, 10 и 15 нм. (б) Нормированное поглощение АаЬДЯ) золотых наностержней толщиной 15 нм и длиной 40, 50, 60, 70 и 80 нм. Расчет для случайной ориентации частиц относительно поляризации световой волны.

На рис. 15а представлены нормированные спектры поглощения ЗН с диаметром 100 нм. Очевидно, что плазмонный резонанс поглощения может быть легко настроен в нужный диапазон, включая ИК-область прозрачности биотканей, за счет изменения отношения толщины оболочки к диаметру ядра. Кроме того, на длине волны 800 нм оптическая плотность суспензии нанооболочек на 1-2 порядка выше таковой для частиц КЗ при той же массовой концентрации металла.

Таким образом, можно заключить, что биоконъюгаты золотых нанооболочек будут являться существенно более эффективными метками для нанофототермолиза. Серия расчетов для различных параметров частиц, позволяет найти оптимальные (с точки зрения поглощения) структуры для нужной длины волны лазерного излучения.

В частности, оптимальные значения размеров силикатного ядра/толщины золотой оболочки на длинах волн около 800 нм будут: (100)/(8-10) или (50)/(3-5) нм. Следует

500 700 900 1100 Длина волны, нм

400 600 800 1000 1200 Длина волны, нм

отметить, что частицы с диаметром более 100 им и толщиной оболочки более 15 нм будут неэффективными преобразователями света в тепло из-за большого рассеяния при малом поглощении. С другой стороны, при диаметре силикатного ядра менее 50 нм практически очень сложно получить изоморфную золотую оболочку толщиной менее 5 нм. Учитывая сказанное выше, можно заключить, что с практической точки зрения эффективными фототермальными преобразователями на основе нанооболочек будут частицы с диаметром ядра 50-100 нм и толщиной оболочки 5-10 нм.

На рис. 156 показаны спектры нормированного поглощения, рассчитанные для случайной ориентации наностержней относительно поляризации световой волны. Можно отметить, что поглощение в основном определяется длинноволновым резонансом, который может быть настроен в нужный диапазон длин волн за счет изменения осевого отношения стержня. По аналогии с нанооболочками для наностержней мы также наблюдаем существенно более высокие значения поглощения в красном и ИК-диапазоне спектра. Принимая во внимание практические аспекты использования наночастиц и существующие протоколы синтеза, можно заключить, что наибольшее поглощение на длине волны около 800 нм будет наблюдаться для наностержней с толщиной 15-20 нм и длиной 50-60 нм.

Для исследования оптического усиления поглощения света при кластеризации сферических частиц нами были исследованы трансформации спектров при сближении частиц в линейные цепочки, регулярные и случайные 2-1) планарные структуры и 3-0 кластеры. Для 1 -О агрегатов мы обнаружили некоторую аналогию в спектральном поведении длинных наностержней и одномерных линейных цепей. В общем случае можно заключить, что линейная цепь, состоящая из сферических частиц, поглощает и рассеивает свет аналогично эквиобъемному стержню с длиной близкой к длине цепи. Проведенная серия расчетов для Ш-цепочек позволяет сделать также следующие выводы:

(1) Максимально возможное возрастание поглощения в расчете на одну частицу достигается при поляризации падающего света вдоль цепи, причем максимальное усиление поглощения на длине волны 800 нм наблюдается для кластеров, состоящих минимум из 10 частиц. Следует, однако, отметить насыщение спектров по размеру частиц, то есть красный сдвиг резонанса увеличивается незначительно после кластеризации более 15 наносфер.

(2) Величина и положение плазмонного резонанса линейной цепи очень чувствительны к

100 г-

га о

Ю цепь из 40-нм сфер

V N О О-"О О Тк

□ - N=4 о-N=8 д -N=16 Х=800нм

■г.

о и

с о

" \ 20нм У ........ (б)

\\40нм у) ———»x

\\10hm <

' \ ( 8x8 20 массив; С|=10,20,40нм 'чХ=800нм )

0.01 0.10 1.00 10.00 Межчастичное расстояние, б/с! Межчастичное расстояние, б/с!

Рис. 16. Зависимость фактора усиления поглощения на длине волны 800 нм от относительного межчастичного расстояния для линейных цепей, состоящих из 4, 8 и 16 40-нм золотых сферических частиц (а), и для двумерного массива, содержащего 8x8 золотых частиц диаметром 10, 20 и 40 нм (б).

межчастичному расстоянию в диапазоне 1-5 нм. Для больших межчастичных расстояний настройка резонанса и увеличение его амплитуды незначительны. С практической точки зрения получение контролируемого межчастичного расстояния в кластере является ключевым фактором, обеспечивающим настройку резонанса и эффективность лазерного фототермолиза.

На рис. 16 показана зависимость этого фактора от межчастичного расстояния в кластере для одномерных (а) и двухмерных агрегатов (б). Эта зависимость ^(.у/с/) оказывается универсальной для агрегатов с числом частиц более 4. Отсюда можно заключить, что существенного увеличения поглощения в ИК-диапазоне можно добиться только при относительных межчастичных расстояниях ^/¿/<0.1. Кроме того, усиление поглощения оказалось размерно-зависимым параметров для 2-0 структур, с максимумом

9 для 40 нм частиц. Если рассматривать структуру 20 кластера, то максимальное усиление получается для кластеров, состоящих из большого числа линейных фрагментов. Для случайных кластеров усиление поглощения не превышает 5 даже для межчастичных небольших расстояний ¿/й? = 0.05-0.1. Полученные невысокие значения могут быть объяснены сильным уменьшением кластерного поглощения для длин волн Л > 700 нм (а не 800 нм).

о р

ЗЭ кластер, й=15 нм Гд Б|1е11=0.05нм б/с!=1/15 1-

с £

-0.2

400

500

600

700

800

Длина волны, нм

Число частиц в кластере, N

Рис. 17. (а) Спектры поглощения ЗБ баллистического кластера, состоящего 15-нм золотых наночастиц, покрытых полимерной оболочкой эр = 0.5 нм (показатель преломления 1.40). Все спектры усреднены по 10 реализациям случайных кластеров, (б) Зависимость усиления поглощения от числа мономеров в кластере N. Расчет для той же модели для длин волн 520, 600, 650, и 800 нм.

Для примера на рис. 17а представлены спектры поглощения 30 кластеров двухслойных частиц. Также как и для двух- и одномерных кластеров, моделирование предсказывает размывание спектра и красный сдвиг резонанса с увеличением числа частиц в кластере. Наблюдается также появление дополнительного резонансного пика на длине волны около 600 нм, который может быть связан с наличием линейных фрагментов в структуре кластера, полученного по механизму баллистической агрегации. Принимая во внимание сдвиг и уширение спектра, можно предположить наличие усиления поглощения кластером в красной области спектра. Однако оно будет максимальным в диапазоне 600-650 нм и резко спадать после 700 нм, в то время как в интересующей нас области (800 нм) его величина достаточно мала.

На рис. 176 показана зависимость усиления поглощения при кластеризации частиц различного размера при разных длинах волн. Следует отметить два принципиальных

момента: во-первых, для изучаемой модели оптимальная длина волны меньше 800 нм. Во-вторых, наблюдается быстрое насыщение усиления поглощения по числу частиц. Этот вывод находится в согласии с обнаруженным ранее эффектом насыщения сдвига резонанса с увеличением длины линейной цепи. С физической точки зрения это означает, что эффективные мультипольные взаимодействия включают только очень ограниченное число частиц (не более 10-20).

Коллективные плазменные резонансы в монослое наносфер и нанооболочек

Целью теоретических и экспериментальных исследований, представленных в данном разделе было выяснение природы и основных параметров трансформации спектров частиц при формировании плотноупакованного монослоя [30, 35]. Исследовали монослои, образованные пятью типами частиц: (1) серебряные наносферы с диаметром с/Д1,; (2) ЗН с

ядром из двуокиси кремния с/^ и внешним диаметром с1Ли; (3) серебряные нанооболочки с ядром из двуокиси кремния и внешним диаметром (1А:{; (4) золотые и (5) серебряные нанооболочки с ядром из полистирола вместо двуокиси кремния. В качестве модели монослоя использовали регулярные квадратные массивы с относительным межчастичным расстоянием 5 и случайные баллистические кластеры со средней плотностью заполнения р. Одна из основных задач исследования - объяснить эффект подавления коллективной дипольной моды, обнаруженный в работе [Л12] для монослоев коллоидного серебра и выяснить его общую физическую природу.

Длина волны,нм Длина волны,нм

Рис. 18. (а) Спектры экстиикции решеточных 4x4 кластеров из нанооболочек типа SiCh/Au (160/20 нм). Относительное межчастичное расстояние равно 0.1, 0.2, 0.6 и 1. Кривая N=1 показывает одночастичный спектр, (б) Спектры экстиикции решеточных NxN серебряных 100-нм наносфер, N = 1,2,4 и 6. Параметр межчастичного расстояния 0.5. Штриховой кривой б показан строгий расчет с учетом диэлектрической подложки.

Поскольку межчастичное расстояние является важнейшим параметром взаимодействия частиц, то сначала мы исследовали влияние параметра межчастичных расстояний s на эффект подавления дипольной моды. Параметры частиц соответствуют экспериментам, обсуждаемым далее. На рис. 18а показано, как изменяется спектр экстиикции решеточного кластера 4x4 из нанооболочек Si02/Au с диаметром ядра 160 нм и толщиной слоя золота 20 нм при уменьшении параметра s от 1 до 0.1. Начиная со значений параметра 5 около 0.5, наблюдается эффективное подавление дипольной моды, так что резонанс определяется только квадрупольной модой на длине волны около 610 нм. Уменьшение параметра s в два раза (до 0.1) мало изменяет спектр системы. Эти выводы носят общий характер и мало зависят от свойств самих частиц.

Целью следующей серии расчетов было определение минимального числа частиц в монослое, начиная с которого оптические свойства слоя изменяются незначительно. На рис. 186 приведены примеры таких расчетов для решеточных кластеров, построенных из серебряных наносфер диаметром 100 нм. Число частиц в кластере NxN равнялось 1, 4, 16

qpyt, o^r-t, qahr qcv., q^

400 600 800 1000 400 600 800 1000 Длина волны, нм Длина волны, нм

Рис. 19. Спектры экстинкции, рассеяния и поглощения случайных кластеров из 36 ЗН типа PS/Au (диаметр полистирольного ядра 200 нм, толщина Au оболочки 20 нм). Параметр минимального расстояния j =0.05, средняя плотность соответствует одной частице (а), 0.06 (б), 0,12 (в), 0.25 (г), 0.35 (д) и 0.4 (е). Результаты усреднены по пяти статистическим реализациям.

36 и 64, параметр межчастичного расстояния равен sld= 0.5. С увеличением числа частиц до 16 четко видно подавление диполыюго резонанса (около 490 нм). Таким образом, уже небольшой кластер 4x4 правильно передает основные оптические свойства монослоя, так что увеличение числа частиц от 16 до 36-64 мало изменяет общий вид спектров.

В реальных экспериментах монослои частиц формируются обычно на диэлектрической подложке (кварц и др.), которая должна учитываться в расчетах. Однако пример, представленный штриховой кривой на рис. 186 (использовалось строгое решение [30] для кластера частиц с учетом подложки), показал слабое влияние подложки при существенно большей трудоемкости расчетов. Поэтому далее мы будем обсуждать результаты, полученные для спектров монослоя в изотропном диэлектрическом окружении.

Для понимания физических механизмов подавления коллективной диполыюй моды важно исследовать влияние взаимодействия частиц на коллективное поглощение и рассеяние света. Учитывая результаты, полученные при исследовании влияния числа частиц на трансформацию спектров, число частиц в случайном слое равнялось 36, а средняя плотность частиц изменялась от минимальной (одна частица) до 0.4. Рис. 19 показывает зависимость спектров экстинкции, рассеяния и поглощения случайных кластеров из 36 ЗН с диаметром полистирольного ядра 200 нм и толщиной золота 20 нм от средней плотности упаковки частиц в случайном кластере. При увеличении плотности частиц до 0.25 дипольная полоса экстинкции исчезает и остается квадрупольный пик.

Рассмотрим теперь отдельно спектры поглощения и рассеяния (рис. 19). В коротковолновой части спектра поглощения наряду с доминирующим квадрупольным резонансом наблюдается пик, соответствующий мультипольным возбуждениям. Вклад поглощения в дипольную полосу экстинкции пренебрежимо мал, так что эта полоса целиком обусловлена резонансным дипольным рассеянием. С увеличением плотности частиц структура коротковолновой части спектра поглощения не претерпевает сильных изменений. Напротив, спектр рассеяния трансформируется радикально, показывая подавление дипольного резонанса рассеяния. Таким образом, мы приходим к важному выводу о том, что эффект подавления дипольной полосы экстинкции в монослое целиком обусловлен уменьшением коллективного дипольного рассеяния при сближении сильно рассеивающих частиц с дипольным и квадрупольным резонансами. Электродинамическое

взаимодеиствие частиц практически не изменяет спектра поглощения, включая его тонкую структуру в коротковолновой части.

Для экспериментальной проверки выводов теоретического моделирования мы синтезировали различные типы ЗН на ядрах из полистирола и двуокиси кремния. Монослои

частиц получали самоассемблированием на функционализованной кварцевой подложке. На рис. 20 представлен участок сканирующей электронной

микрофотографии монослоя ЗН после 1 ч инкубации (диаметр ядра 190 нм, толщина оболочки 25 нм). структура оболочки симметрия упаковки

Acc.V Spot Magn Det WD Exp I-1 200 nm

6.00 kV 3.0 200000X TLD 4 3 10271 http://www.imec.be_

Pue. 20. Сканирующее ЭМ изображение монослоя ЗН с диаметром ядра 190 нм и толщиной оболочки 25 им

массив, расстояние диаметра шероховатость нанооболочки

Отчетливо видна и гексагональная наночастиц в 20 Среднее межчастичное равно в данном случае 0.1 частицы. Сильная

поверхности отражает характер на

адсорбции золотых зародышей поверхности силикатной частицы.

На рис. 21а приведен экспериментальный спектр ЗН с диаметром ядра из двуокиси кремния 190 нм и средней толщиной оболочки около 25 нм (данные измерений методом динамического светорассеяния). Теоретическая кривая на рис. 21а показывает спектр, который отличается от экспериментального, прежде всего, большей глубиной минимума между квадрупольной и дипольной полосой. Очевидно, что это различие связано с несовершенством модели монодисперсной суспензии идеальных двухслойных частиц. Квадрупольный пик экстинкции суспензии частиц был расположен около 620 нм, а дипольная полоса рассеяния находилась в ближней ИК области (около 1000 нм). Взаимодействие частиц в двумерном слое приводило к заметному снижению плеча экстинкции в области 800-900 нм. Учитывая множество факторов, опущенных в теоретической модели, согласие между расчетами и измерениями можно признать вполне удовлетворительным. Во всяком случае, теоретические и экспериментальные спектры монослоя демонстрируют подавление длинноволновой дипольной полосы рассеяния.

Суспензия

Монослой S4acT„4/Sc„OT=0.25

400 600 800 1000 1200 400 600 800 1000 1200

Длина волны,нм Длина волны, нм

Рис. 21. Экспериментальные и теоретические спектры экстинкции суспензии ЗН (а) и монослоя (б).

Глава 6 посвящена синтезу, исследованию оптических и фототермических свойств золотых наноклеток.

Золотые наночаетицы с настраиваемым ПР, исследованные в предыдущих главах, не являются оптимальными для биологических применений. В частности, наличие токсичных молекул ЦТАБ на поверхности золотых наностержней требует их поверхностной функционализации и удаления ЦТАБ. а ЗН имеют слишком большой размер (более 100 нм) и вес и со временем седиментируют на дно посуды хранения в течение нескольких дней или даже часов. Наш пятилетний опыт работы по синтезу и применению этих частиц показывает, что указанные недостатки существенно ограничивают их широкое биомедицинское применение пользователями с различным уровнем подготовки и технического оснащения. Указанных недостатков нет у сравнительно нового класса наночастиц - полых золотых наноклеток, синтезируемых на шаблонах из серебряных наночастиц преимущественно кубической формы [Л13].

Протокол синтеза состоит из двух этапов (рис. 22). На первом получают серебряные наночаетицы преимущественно кубической формы путем индуцированного сульфидом натрия полиольного синтеза. На втором этапе серебряные нанокубики используются в

ЗАд +

Аи(Ш) I

Аи +

ЗАд(1)

ШАГ 1

300 500 700 К

ШАГ 2

I Аз

Аи

Рис. 22. Схема синтеза золотых наноклеток. На первом шаге с помощью полиольного синтеза получают серебряные нанокубики размером порядка 50 нм с характерным плазмонным резонансом около 450 нм. На втором шаге методом гальванического замещения формируются пористые наночаетицы с различным соотношением А§/Аи и плазмонным резонансом на 800 нм. Показаны примеры ТЭМ изображения серебряных нанокубиков и золотых наноклеток, изменения цвета коллоидов и спектров экстинкции в процессе синтеза. Ев - этиленгликоль.

качестве шаблона для преобразования в золотые наноклетки методом реакции гальванического замещения серебра на золото.

В нашем протоколе синтеза серебряных нанокубиков основная фракция частиц (~70%), имела кубическую форму и узкое распределение по размерам со средним значением 48 ±5 нм. Наблюдалось также наличие побочных продуктов синтеза в виде стержней, сфер и частиц неправильной формы. Средний размер этих частиц был немного выше, чем у кубиков, однако мы не смогли очистить образец от них путем центрифугирования. Подчеркнем, что полиморфность серебряных «шаблонов» никак не влияла на успешность второго этапа синтеза наноклеток. Спектр экстинкции серебряных кубов имеет два характерных коротковолновых минорных пика (второй выглядит как плечо) и основной пик плазмонного резонанса около 450 нм (рис. 22, 23). Второе плечо вблизи 520 нм соответствует, по-видимому, нецелевым частицам.

к 1

| 0.8 I 0.6

У 0.4 ° 0.2 0

400 600 800 1000 400 600 800

Длина волны, нм Длина волны, нм

Рис. 23. Спектры экстинкции (а) и рассеяния (б) образцов 0 (серебряные кубики),Л 2,....8 с различным соотношением А^/Ахх. Обратим внимание на высокую добротность спектров экстинкции и светорассеяния образца 6 с максимальным процентным выходом золотых наноклеток.

На втором этапе синтеза проводится гальваническое замещение золота на серебро путем титрования суспензии серебряных нанокубиков раствором НАиС14 при 100°С. Так как стандартный потенциал восстановления для пары АиС14/Аи (0.99 В против стандартного водородного электрода) выше чем для пары Ag+/Ag (0.8 В), то при смешении Ag наночастиц и НАиСЦ в водной среде золото будет восстанавливаться на поверхности частиц с одновременным растворением серебра. При добавлении количества НАиС14 ниже эквимолярного образуются частицы, имеющие на поверхности «островки» сплава Au-Ag. С увеличением концентрации золота образуются полости внутри серебряной частицы, что приводит к формированию полой нанооболочки из сплава. Наконец, при существенном избытке ионов золота образуются структуры, названые в литературе «наноклетки» [Л13]. При этом в процессе реакции постепенно происходит изменение цвета коллоида с оранжево-желтого вначале до оранжевого, красного, пурпурного или синего в зависимости от морфологии частиц (рис. 22).

Изменение цвета коллоида сопровождается смещением максимума плазмонного резонанса частиц в красную область спектра вплоть до длин волн около 800 нм (характерный пик плазмонного резонанса золотых наноклеток, рис. 23). В дальнейшем наблюдается разрушение наноклеток на отдельные золотые фрагменты и добротность спектров существенно падает. Похожее смещение резонанса предсказывает и расчет спектров полых частиц кубической формы с помощью алгоритма, основанного на аппроксимации таких наноструктур набором наносфер с пересечением [51].

После завершения титрования кислотой НАиСЦ, наблюдается помутнение суспензии частиц из-за выпадения осадка нерастворимого хлорида серебра. В диссертационной работе мы предлагаем способ очитки от него, заключающийся в добавлении к еще теплому коллоиду 30% раствора аммиака объемом 1/100 от исходного. При этом хлорид серебра мгновенно растворяется, что заметно по исчезновению опалесценции системы.

а б

Размер частиц, нм

Рис. 24. Обзорное (а) и увеличенные (б, в) ТЭМ изображения Аи наноклеток и Ag кубиков (а, вставка) и гистограммы распределения Ag (/) и Au-Ag (2) частиц по размерам (г). Показаны: сквозное отверстие и структура подложки в центре частицы (б, стрелка), частицы различной структуры (вставки А-С), типичная толщина стенки полой наночастицы 4-5 нм (О) и средние размеры наночастиц 48 ± 5 и 53.5 ± 5 нм (г, стрелки).

На рис. 24 приведены примеры ТЭМ анализа серебряных кубов и золотых наноклеток. Увеличенные ТЭМ изображения показывают образование полых и пористых структур. Например, хорошо видно сквозное отверстие круглой формы в частице и отчетливая структура подложки сквозь это отверстие (рис. 246). Средняя толщина стенки для частиц типа "папоЬох" равна примерно 4-5 нм (рис. 24 в). Гистограмма распределения построена по измерениям изображений только частиц кубической формы (рис. 24 г) и дает средний размер 53.5±5 нм. Сопоставляя это значение со средним размером серебряного кубика 48 нм и толщиной стенки 4-5 нм, мы приходим к выводу, что стенка золотой полой частицы растет примерно симметрично относительно серебряной грани. В этом случае величина

53.5-48 = 5.5 нм должна примерно совпадать с толщиной стенки, как это и есть на самом деле.

Для сравнительных измерений фототермических свойств был выбран образец золотых наноклеток, охарактеризованный выше, золотые наностержни (толщина 12 нм, длина 40 нм) и нанооболочки (диаметр ядра 120 нм, толщина оболочки 20 нм). Для всех образцов максимум плазмонного резонанса лежал в диапазоне 790-810 нм (рис. 25 в), что хорошо согласуется с длиной волны используемого для нагрева лазерного излучения (длина волны 800 нм). Концентрации наночастиц были уравнены по оптической плотности при 800 нм. Все образцы облучались лазером в пробирках типа эппендорф, объем образца составлял 1.5 мл. Пространственное распределение температуры регистрировалась тепловизором сбоку пробирки, в направлении, перпендикулярном лучу лазера.

600 800 1000 Длина волны, нм

ГО 60

О.

(ГО 50

о.

п 40

I- 30

-в 0 1, мин 300

н» О + ш

У .'г

О 100 200 300 400 Время нагрева, мин

Рис. 25. Схема измерения кинетики нагрева с помощью диодного лазера фЬ) и тепловизора ШЭУв 4010 (а), типичное распределение температуры в пробирке с частицами (б), спектры экстинкции трех типов наночастиц (в), кинетика нагрева суспензий (г). Вставка на рис. (г) показывает временные зависимости выделения тепла в расчете на единицу массы металла, нормированные к максимальному значению для наноклеток.

Из данных рис. 25 г следует, что суспензии всех трех типов частиц имеют примерно одинаковую эффективность конверсии света в тепло. Однако в расчете на одну частицу или в расчете на массу частиц в единице объема (см. вставку на рис. 25 г) наивысшую фототермическую эффективность показывают наноклетки, затем наностержни (примерно в

2 раза ниже в расчете на золото) и нанооболочки (примерно в 5 раз ниже в расчете на золото).

Глава 7 посвящена биофизическим применениям синтезированных нами наночастиц различных размеров, формы и структуры, конъюгатов эти наночастиц с различными молекулами (протеин А, иммуноглобулины, ЮГ-ЯН и т.д.), а также разработанных методик анализа наночастиц. Наряду с оригинальными исследованиями автора, часть прикладных работ была выполнена в совместных проектах с другими исследователями.

Твердофазный иммуноанализ с использованием функционализованных золотых нанооболочек

Цель исследований - выяснение возможности увеличения чувствительности твердофазного дот-анализа путем замены частиц КЗ диаметром 15 нм (СО-15), используемого в качестве биомаркера, на ЗН. В качестве биоспецифической пары использовали овечьи антитела к иммуноглобулинам кролика - узнающие молекулы и нормальная кроличья сыворотка - молекулы-мишени. Нами синтезированы 5 видов биомаркеров (два с 15 нм КЗ и три с нанооболочками с диаметром ядра 100, 140 и 180 нм и толщиной оболочки 15-20 нм), оптические и геометрические параметры которых представлены в таблице 2.

Таблица 2. Геометрические и оптические параметры меток для дот-анализа.

Образец Размеры, нм Длина волны, нм Опт. плотность, (/ = 1 см) Числовая концентрация, частиц/мл Удельная поверхность, см2

CG-15 15 517 7 1.0x10" 18

CG-15-1 15 517 0.1 1.4x10" 0.26

NS-1 100/15 670 7 1.8 x10ю 2.5

NS-2 140/15 800 7 1.1x10ю 2.5

NS-3 180/15 900 7 0.85 x10ю 2.9

В таблице приняты следующие обозначения: CG - коллоидное золото, NS -нанооболочки. Размеры частиц, толщина оболочки и диаметр силикатного ядра указаны в нм, также указана длина волны плазмонного резонанса для всех видов частиц.

Из данных таблицы 2 видно, что мы могли сравнить эффективность дот-анализа при использовании конъюгатов ЗН с диаметрами ядра 100, 140 и 180 нм и толщиной золотой оболочки 15-20 нм, которые имели различные концентрации частиц, но одинаковые оптические плотности и примерно одинаковые удельные поверхности. Эти результаты в свою очередь, могли быть сопоставлены с чувствительностью стандартного дот-анализа при использовании двух суспензий конъюгатов золотых частиц диаметром 15 нм. Первая (CG-15) имела такую же оптическую плотность, как и образцы нанооболочек, но суммарную площадь поверхности частиц примерно в 6 раз большую таковой для ЗН (по данным оптических оценок) или близкую к таковой для ЗН по результатам расчета материального баланса. При этом числовая концентрация маркера CG-15 была почти натри порядка выше, чем для маркеров ЗН. Вторая суспензия (CG-15-1) имела на порядок меньшую удельную поверхность, чем для нанооболочек, но все еще на порядок более высокую числовую концентрацию (по оптическим оценкам).

На рис. 26 представлены результаты дот-анализа с использованием КЗ диаметром 15 нм с концентрацией 1.4х 10" (А) и 1013 шт/мл (Б), а также для трех образцов ЗН с диаметрами ядра 100 (В), 140 (Г) и 180 (Д) нм и толщиной оболочки 15 нм (маркеры обозначены как CG-15-1, CG-15, NS-1, NS-2 и NS-3, соответственно). Первое пятно для всех мембран

зз

соответствовало концентрации 1§0 в разведенной сыворотке 1 мг/мл (т.е. количество нанесенного вещества равнялось 1 мкг). Последующие нанесения соответствуют двукратным разведениям исходной пробы. Количество 1§0 в последнем квадрате составляет соответственно 1МГ/213 = 0.1 нг. Третий ряд соответствует нанесению молекул БСА в качестве негативного контроля в тех же концентрациях, что и в первом ряду для lgG. Следует отметить, что ни один из 35 негативных контролей не окрасился за счет неспецифического связывания.

Как указано в таблице 2, все суспензии N8-1, N8-2 и N8-3 с оптической плотностью около 7 имели примерно равные значения удельной площади 5 = 2.5-2.9 см2, в то время как удельная поверхность суспензии СО-15 была в 6 раз больше, а числовая концентрация почти на два порядка больше. Несмотря на эти более высокие концентрационные характеристики, минимальное детектируемое количество иммуноглобулинов в случае маркера СО-15 (рис. 22Б) составляет только МтЬ = 1000/64 = 15 нг в сравнении с рекордной чувствительностью М. =1000/4096 = 0.25 нг для маркера N8-3. Два

г и с. ¿и. гс^улысиы ди1 -анализа

нормальной кроличьей сыворотки Других маркера (N8-1 и N8-2) показали предел (НКС) с использованием суспензий детектирования на уровне

конъюгатов СС-15-1 (^,, = 0.1), Мп,., = 1000/(1024- 2048) = 0.5 - 1нг, что примерно в 15-Св-15, N8-1 (100/15 нм), N8-2 30 раз выше чувствительности стандартного дот-(140/15 нм) и №-3 (180/15 нм). анализа с 15-нм частицами.

Еще более разительный контраст в чувствительности дот-анализа был зафиксирован для суспензии СО-15-1, имеющей только на порядок большую, чем у нанооболочек, числовую концентрацию, но уже меньшую удельную поверхность. Как видно из рис. 26а, предел детектирования для маркера СО-15-1 составляет только =1000/8= 125 нг, что в 500 раз хуже результата для маркера N8-3 с меньшей концентрацией частиц.

В целом мы не обнаружили существенных различий в детектирующей способности маркеров с различным внешним диаметром нанооболочек от 130 до 210 нм, хотя конъюгаты с самыми большими нанооболочками показали наименьший нижний предел и более узкий диапазон чувствительности.

Для объяснения повышения чувствительности дот-анализа при использовании ЗН по сравнению с обычным коллоидным золотом нами была разработана теоретическая модель, основные положения которой заключаются в следующем: (1) яркость пятна определяется суммарной интегральной экстинкцией адсорбированных на мембране частиц; (2) число доступных сайтов связывания наночастиц на поверхности (или внутри) мембраны пропорционально числу молекул-мишеней и обратно пропорционально диаметру метки. То есть каждой нанооболочке на нижнем пороге детекции соответствует примерно в 20-30 раз больше молекул-мишеней, чем в случае маркеров коллоидного золота. При этом колоссальный выигрыш в оптической эффективности нанооболочек, связанный с существенно большим коэффициентом экстинкции, компенсирует этот проигрыш и

(A) CG-15-1

(Б) CG-15 ©1

I 1 1 i • • *

g-)XS-2

L □□□□и

■ и ■ шш ■ ■

» и ■ ■ н

(Д) NS-:

Двукратные разведения

НКС

икс

БСЛ

п КС-НКС

КС А

НКС НКС

ьел икс

НКС Бел

1ikc 1ikc

Бел

обеспечивает в целом существенно большую сенсорную чувствительность, почти на два порядка.

In vivo применения золотых наиооболочек для лазерной гипертермии, визуализации клеток и контрастирования О KT изображений

Для успешных in vivo применений золотых наночастиц в биофизике и биомедицине, включая визуализацию и фототермолиз раковых клеток, необходимо сочетание многих факторов. С медицинской точки зрения принципиальной является проблема биораспределения и токсичности используемых наночастиц. С практической точки зрения, используемые препараты должны иметь хорошую коллоидную стабильность в физиологических жидкостях (в особенности в плазме крови) и сохранять свои оптические свойства при попадании в организм. С оптической точки зрения необходимо согласование длин волн используемого излучения, резонанса наночаетицы и области прозрачности биотканей. Помимо положения плазмонного резонанса, его абсолютная величина (то есть сечение поглощения или рассеяния) имеет принципиальное значение, причем для некоторых приложений (например, лазерной гипертермии) определяющим является поглощение света, а для других (например, темнопольной микроскопии) - рассеяние света. С этой точки зрения использование наиооболочек, как универсального биомаркера в ИК-области прозрачности биотканей предпочтительно, так как они, с одной стороны, имеют большое сечение экстинкции в данном диапазоне, а с другой, могут быть сконструированы как для эффективного поглощения, так и рассеяния света.

Учитывая сказанное, мы предложили в качестве универсального биомаркера для ряда in vivo биомедицинских применений конъюгат с полиэтиленгликолем (или с узнающими молекулами с вторичной стабилизацией ПЭГ) золотых наиооболочек со средним диаметром ядра из двуокиси кремния 120-140 им и толщиной золотой оболочки 15-20 нм. Наночаетицы этого вида имеют максимум плазмонного резонанса в диапазоне 800-850 нм, причем для суспензий с некоторой степенью полидисперсности эта экстинкция состоит из равных вкладов поглощения и рассеяния.

В данном разделе представлены результаты применений указанного типа наночастиц для лазерной гипертермии тканей лабораторных животных, темнопольной визуализации клеточных структур, а также для усиления сигнала в методе OKT.

Для выяснения возможной токсичности используемых в экспериментах наночастиц исследована циркуляция в крови и биораспределение ПЭГ-функционализованных золотых наносфер диаметром 15 и 50 нм, а также золотых наиооболочек (120/20 нм) при внутривенном введении лабораторным кроликам и крысам [45]. Частицы меньшего размера (15 нм) дольше циркулировали в крови по сравнению с частицами большего размера и максимальная концентрация 15-нм золотых наночастиц в крови наблюдалась через 20-30 минут после введения. Через 24 ч золотые наночаетицы накапливаются преимущественно в печени и селезенке животных, причем с увеличением размера частиц распределение смещается в сторону накопления в печени. Гистологические исследования указанных органов показали наличие размерно-зависимых морфологических изменений.

Лазерная гипертермия

Для исследования возможности использования ЗН в селективной лазерной гипертермии биотканей было проведено исследование динамики нагрева тестовых пробирок с ЗН и тканей лабораторных крыс при различных концентрациях наночастиц и режимах облучения диодным лазером (810 нм). Исследовались два основных режима нагрева: непрерывный режим с мощностью излучения 2 Вт (плотность мощности 2 Вт/см2) и импульсный с длительностью импульса 1 мс, мощностью 8 Вт и соотношением времени импульса/время задержки 0.25 (суммарная энергия была одинаковой).

Эксперименты показали, что при максимальной концентрации частиц (5x109 частиц/мл), суспензия прогревается только вблизи места лазерного облучения и эффективная глубина

проникновения излучения составляет 5-7 мм. На данном расстоянии свет полностью поглощается наночастицами. С уменьшением концентрации частиц наблюдаются два эффекта: увеличение глубины проникновения излучения и уменьшение средней температуры суспензии. Следует отметить, что по сравнению с контролем изменение температуры существенно даже при разведении частиц в 16 раз. В целом, для эффективной гипертермии и равномерного разогрева ткани необходима концентрация частиц внутри нее около 5x108 частиц в кубическом сантиметре.

Для исследования гипертермии тканей лабораторных крыс животным вводилось по 0.1 мл ЗН в физрастворе с концентрацией 5x109 частиц/мл подкожно в область брюшины. Через 20 мин после этого делалась вторая инъекция внутримышечно в то же самое место. Через 2 мин после второй инъекции проводили облучение непрерывным (первая группа животных) и импульсным (вторая группа) лазерным излучением 12 мин. На рис. 27 представлена временная зависимость температуры биотканей под действием непрерывного (кривые /, 3) и импульсного (2, 4) лазерного излучения. Нагрев тканей без нанооболочек показан на рисунке кривыми 3 и 4, а с частицами - кривыми 1 и 2. Видно, что в случае инъекции наночастиц нагрев проявляется существенно быстрее, а максимальная температура ткани значительно выше и зависит от режима нагрева

2.4

2.0

о;

| 1.6

Ь 1 2

^ I .с.

<73

0.8 0.4

400 600 800 1000 400 600 800 1000 Длина волны, нм Длина волны, нм

Рис. 28. (а) Спектр экстинкции, вид суспензии (1) и ТЭМ изображение (2) до облучения, (б) То же после приложения 10 импульсов с длиной волны 1064 нм, длительностью 4 не, энергией 10 мДж (диаметр луча в фокусе 0.1 мм). Вставка 3 (б) показывает регистрацию парового пузырька по методу тепловой линзы [28].

Скорость нагрева является решающим фактором эффективной лазерной гипертермии раковых опухолей, причем значения температуры в диапазоне 47-50°С являются оптимальными для терапевтических целей. В нашем эксперименте, индуцированное

1-Непрер.+ЗН

-Импульс.+ЗН

400

100 200 300 Время, с

Рис. 27. Измеренная ш vivo зависимость температуры кожи крысы от времени лазерного облучения. 1 - непрерывный режим + введение ЗН в измеряемую область, 2 - импульсный режим + ЗН, 3, 4 -контроль без ЗН для непрерывного и импульсного режимов.

нанооболочками изменение температуры до 48-50°С под действием лазерного излучения происходило за первые 15-20 секунд эксперимента, в то время как при отсутствии частиц даже через 12 мин облучения температура тканей не поднималась выше 44°С. Следует отметить, что импульсный режим облучения выглядит предпочтительнее с точки зрения клинических применений, поскольку он позволяет поддерживать контролируемую температуру ткани, не вызывая ожога.

Наряду с гипертермией, возможны и другие механизмы повреждения раковых клеток при импульсном нагреве наночастиц. В частности, важным фактором является образование и взрыв парового пузырька около частицы, что приводит в итоге к механической деструкции клетки с прикрепленной наночастицей. В работе [28] мы впервые экспериментально показали необычный эффект изменения цвета суспензии ЗН после облучения серией 4 не мощных импульсов Nd:YAG лазера с общей энергией порядка 10 мДж (рис. 28, вставки 1а и 16). Изменение спектров экстинкции а также ТЭМ фотографии (вставка 26) однозначно показали, что изменение цвета связано с лазерной фотодеструкцией золотой нанооболочки и образованием мелких частиц коллоидного золота с диаметром от 5 до 30 нм (вставка 26). Регистрация одночастичного сигнала по методу тепловой линзы (вставка 36, эксперимент выполнен в лаборатории проф. В. Жарова, США), показал формирование парового пузырька с временем жизни порядка 5 мкс).

Темнопольная микроскопия

Резонансное рассеяние позволяет идентифицировать ПР наночастицы на поверхности клеток. Для примера на рис. 29 показано темнопольное изображение макрофагов крысы, меченных золото-серебряными наностержнями [44].

Исследования в области использования ЗН в качестве биоспецифических меток для темнопольной микроскопии проводилось с помощью модели непрямого мечения клеток почки эмбриона свиньи (СПЭВ), несущих онковирус [48] (основные исполнители проекта-

асп. Ханадеев В.А. и д.б.н. Староверов С.А.). Непрямое мечение проводили с использованием фаговых миниантител к молекулярным рецепторам на поверхности клеток СПЭВ и конъюгатов ЗН с кроличьими антифаговыми антителами. Для мечения клетки СПЭВ сначала инкубировали с фагами, способными специфично связываться с антигенами на их поверхности. На втором этапе меченые и немеченые клетки инкубировали с конъюгатом ЗН с антифаговыми антителами. В результате наночастицы связывались только с теми клетками, на поверхности которых находились фаги.

Визуализацию биоспецифического

взаимодействия проводили методом микроскопии темного поля с использованием микроскопа Leica DM 2500 с цветной CCD камерой при 400-кратном увеличении. Для количественной оценки эффективности мечения разработан и применен новый алгоритм анализа темнопольных микроскопических изображений клеток СПЭВ с конъюгатами наночастиц, резонансно рассеивающих свет. Найденный нами количественный критерий эффективности мечения для негативного контроля (неспецифическое мечение) и опыта (специфическое мечение) достоверно отличались от уровня базовой линии (нативные клетки без частиц), а значения эффективности мечения для опыта было в 17 раз выше, чем для негативного контроля.

Рис. 29. Пример темнопольного изображения макрофагов крысы, неспецифически меченных золото-серебряными наностержнями.

Контрастирование ОКТ-изображений

В данном разделе дано резюме совместных исследований с группой д.м.н. проф. Е.В. Загайновой (г. Нижний Новгород) по оценке возможностей применения конъюгатов ЗН с ПЭГ в качестве контрастирующего агента для ОКТ кожи. Исследования включали численное моделирование ОКТ-изображений кожи в присутствии золотых наночастиц методом Монте-Карло и экспериментальное исследование ОКТ-эффектов ЗН на фантомах биоткани и на коже животных in vivo. Для исследования динамики проникновения нанооболочек в фантом биоткани (агарозные гели с различной плотностью) суспензию ПЭГ-стабилизированных нанооболочек (диаметр ядра 120 нм, толщина оболочки 20 нм) с

концентрацией 5*109 шт/мл наносили на поверхность образца и в течение 48 ч наблюдали динамику проникновения наночастиц методом ОКТ. Результаты ОКТ исследования проникновения наночастиц вглубь однослойного фантома (рис. 30) показывают равномерное распределение наночастиц по глубине в месте аппликации. Для области, содержащей наночастицы, интенсивность ОКТ-сигнала выше, чем для области, где наночастицы отсутствуют, причем границу диффузии наночастиц удается визуализовать. При исследовании Рис.30. ОКТ изображение однослойного 0.5% многослойных фантомов биотканей агарозного геля. Синей линией показана граница наночастицы скапливались на границе области диффузии наночастиц (наночастицы раздела слоев, что существенно увеличивало справа). Размер изображения 2x1.5 мм. контраст изображения границы.

Для исследования контрастирующих свойств нанооболочек in vivo были проведены ОКТ-измерения на коже кролика. Оценивали эффективность контрастирования коллоидного раствора ЗН и стандартного просветляющего агента - пропиленгликоля. На ОКТ-изображении интактной кожи границы различных областей дермы не имели четкой границы и поэтому были слабо различимы. Исследование той же области кожи кролика через 24 ч после однократного нанесения суспензии ЗН показало ряд изменений в ОКТ-изображениях. В частности наблюдали возрастание интенсивности сигнала в верхней части ОКТ-изображения (эпидермис, поверхностные слои дермы) через 30 мин после нанесения частиц на фоне небольшого снижения глубины визуализации, сохраняющегося до 5 ч наблюдения. Через 24 ч первоначальная глубина визуализации восстанавливается, а изображение в целом становилось более репрезентативным вследствие дальнейшего увеличения интенсивности ОКТ-сигнала в поверхностной части дермы и контрастирования в ней придатков кожи и сосудов.

Другие применения синтезированных частиц и разработанных методик

В процессе выполнения диссертационной работы синтезированные наночастицы были использованы в ряде перспективных нанотехнологических и биофизических приложений. Прежде всего совместно с группами к.х.н. Горина Д.А. (Саратовский госуниверситет, факультет нано- и биомедицинских технологий) и к.х.н. Букреевой Т.В. (Институт кристаллографии РАН, г. Москва) выполнены исследования по разработке полимерных микрокапсул со встроенными плазмонно-резонансными наночастицами [34, 37, 42]. В частности, методом полиионной сборки были сформированы оболочки нанокомпозитных

микрокапсул, содержащие ианочастицы коллоидного золота с диаметром 5, 10 и 20 нм и наночастицы магнетита. Микрокапсулы отличались числом полиэлектролитных слоев и структурой. При увеличении общего числа полиэлектролитных слоев в структуре оболочек микрокапсул наблюдали нелинейный рост их толщины. Проведено дистанционное разрушение капсул под действием света и ультразвука и установлена зависимость влияния объемной фракции наночастиц в оболочке микрокапсул на их чувствительность к ультразвуку. Получены полиэлектролитные капсулы с наночастицами серебра и золота в составе оболочек. Капсулы модифицировали наночастицами серебра с помощью фотовосстановления и реакции серебряного зеркала. Наночастицы золота (наносферы и наностержни) включали в оболочку капсул путем их адсорбции из предварительно полученных золей. Методами малоуглового рентгеновского рассеяния, атомно-силовой и просвечивающей электронной микроскопии показано существенное различие капсул, полученных на различных типах ядер

Синтезированные частицы КЗ и ЗН использованы также для микроскопических исследований динамики лазерно-индуцированных течений в коллоидных растворах и для измерения коэффициента трансляционного броуновского движения этих наночастиц (к.ф.-м.н. Федосов И.В., СГУ) [33]. Полученные нами золотые наностержни, диспергированные в неорганических растворителях (спирт, гексан) используются для модификации оптических свойств ЖК ячейки за счет внедрения сильно анизотропных оптических добавок - золотых наностержней с настроенным плазмонным резонансом (к.ф.-м.н. Лобанов А.Н., ФИ РАН).

В рамках развития общей методологии исследования структуры наночастиц методами светорассеяния разработан и экспериментально апробирован универсальный подход для определения среднего размера и толщины оболочки липосом и оценки структуры частиц нерастворимых иммунных комплексов на основе комбинирования измерений волнового экспонента, удельной мутности и данных динамического рассеяния света. Построены калибровочные зависимости волнового экспонента от среднего радиуса частиц и удельной мутности от волнового экспонента с использованием решения Ми для полидисперсных однослойных и двухслойных сфер с учетом спектральной зависимости показателей преломления оболочки и среды. Выполнена экспериментальная апробация метода с использованием липосом, полученных из яичного лецитина ультразвуковой обработкой суспензии и фильтрацией через мембранные фильтры. Проведена экспериментальная апробация метода на двух системах: ЛПБК капсулы бактерий А. ЬгазИепяе Бр245 + анти-ЛПБК и Ы§0 + анти-ЫсО. Показано, что доля биополимеров, входящих в состав частиц иммунопреципитата, составляет около 30 %.

Наконец, синтезированные нами частицы и разработанные методики были использованы в исследовании антимикробной активности смесей антибиотиков и золотых наночастиц [47]. Вопреки данным [Л14] по наблюдению синергетического усиления подавления роста бактерий смесью наночастиц и антибиотиков, мы показали отсутствие этого эффекта и сформулировали условия для возможного наблюдения усиления антимикробной активности конъюгатов наночастиц с антибиотиками.

В заключении диссертации отмечается, что наночастицы с настраиваемым плазмонным резонансом имеют большую перспективу применения в современной нанобиотехнологии. В конце работы сформулированы выводы.

Основные результаты и выводы:

первичной 5-нм биополимерной оболочки и установлен универсальный характер зависимости спектрального сдвига плазмонного резонанса от объемной доли оболочки. Обнаружены области оптимальных размеров золотых наночастиц с максимальным оптическим откликом на присоединение к конъюгату молекул-мишеней. При отношении радиуса ядра к толщине золотых нанооболочек 0.2-0.4 изменения их спектров больше, чем для эквиобъемных частиц коллоидного золота.

2. Экспериментально исследована адсорбция IgG, трипсина и желатина на 18-нм и 34-нм золотых частицах с использованием методов спектроскопии поглощения, статического и динамического рассеяния света. Определена толщина адсорбционного слоя: 3-5 нм для трипсина, 5-6 нм для IgG и 15-18 нм для желатина. Для глобулярных белков согласие с экспериментальными спектрами экстинкции и рассеяния дает двухслойная модель с однородной полимерной оболочкой, а в случае желатина - неоднородная модель адсорбции.

3. Измерен спектр деполяризации суспензии золотых наностержней, получено максимальное значение деполяризации около 50% и подтвержден теоретический вывод о возможности наблюдения значений деполяризации рассеяния линейно поляризованного света между пределами диэлектрических игл (33%) и стержней с плазмонным резонансом (75%). Ключевым фактором для наблюдения высоких значений деполяризации является очистка препарата наностержней от побочных наночастиц. Экспериментально показана корреляция между сдвигом плазмонного резонанса экстинкции и положением максимума деполяризации.

4. Исследованы мультипольные плазмонные резонансы в золотых наностержнях и их зависимость от размера, осевого отношения и ориентации по отношению к направлению и поляризации возбуждающего света. Предложена схема спектрального картирования мультипольных резонансов при увеличении осевого отношения частицы и сформулировано правило вкладов: резонанс с номером п является суммой мультипольных вкладов с номерами I > п соответствующей четности. Показано выполнение линейных соотношений между длиной волны резонанса и осевым отношением, деленным на номер резонанса, а также между спектральным сдвигом и инкрементом показателя преломления внешней среды.

5. Экспериментально получены и охарактеризованы методами спектроскопии поглощения и рассеяния, электронной микроскопии и энерго-дисперсионной рентгеновской спектроскопии стабильные образцы золотых наностержней с контролируемой толщиной серебряной нанооболочки до 4 нм и тонкой контролируемой настройкой плазмонного резонанса от 900 до 550 нм с точностью до 10 нм. Разработан метод оценки толщины серебряной нанооболочки стержней типа Au/Ag по относительному спектральному сдвигу резонансов.

6. Усовершенствована технология синтеза золотых нанооболочек за счет включения этапа определения концентрации силикатных ядер и целевых наночастиц по измерениям спектров экстинкции. Экспериментально и теоретически исследовано влияния степени полидисперсности толщины оболочки и ограничения длины свободного пробега электронов (размерный эффект) на спектры резонансного рассеяния суспензий. Для тонких оболочек основное уширение дает размерный эффект, а для толстых - полидисперсность. Оба вклада увеличиваются с увеличением отношения радиуса ядра к толщине золотой оболочки. Размерный эффект приводит к одинаковому уширению спектров металлических нанооболочек и трехслойных металло-диэлектрических структур.

7. Выполнен комплексный анализ оптического усиления поглощения для развития нанотехнологии фототермальной лазерной терапии. Исследованы оптические свойства единичных золотых наносфер, наностержней, нанооболочек, а также 1, 2 и 3D агрегатов сферических частиц с учетом согласования настройки трех важнейших параметров: максимума резонансного поглощения частиц, длины волны лазерного излучения и области оптической прозрачности биотканей (около 800 нм). Наиболее эффективными одночастичными структурами являются наностержни с толщиной 1520 и длиной 50-70 нм или золотые оболочки с диаметром ядра 50-100 нм и толщиной оболочки 5-10 нм. Основными параметрами, влияющими на поглощение кластера, являются относительное межчастичное расстояние в кластере и наличие в его структуре фрагментов линейных цепочек.

Исследованы коллективные плазмонные резонансы золотых и серебряных бисфер и показано, что дипольное приближение некорректно описывает спектр взаимодействующих частиц. При решении системы связанных Т-матричных уравнений необходим учет высоких мультипольных мод, хотя сами оптические характеристики взаимодействующих частиц определяются первыми тремя-четырьмя мультипольными вкладами.

Исследованы коллективные оптические свойства монослоя золотых нанооболочек с дипольным и квадрупольным плазмонными резонансами. Показано, что эффективное подавление диполыюй полосы экстинкции связано с подавлением полосы рассеяния, а не поглощения, и является общим физическим свойством плотноупакованных монослоев наночастиц.

8. Получены и охарактеризованы методами спектроскопии поглощения, рассеяния и электронной микроскопии серебряные нанокубики и золотые наноклетки с размерами 40-50 нм и плазмонным резонансом около 800 нм. Показано, что наноклетки обладают более высокой эффективностью преобразования света в тепло при равной концентрации металла по сравнению с наностержнями и нанооболочками и перспективны в качестве синих и красных меток при визуализации биоструктур.

9. Предложено в качестве универсального биомаркера использовать ПЭГ-покрытые или биоспецифически функционализованные частицы, состоящие из силикатного ядра со средним диаметром 120 нм и толщиной золотой оболочки 15-20 нм. Эти маркеры нашли применение в дот-иммуноанализе, фототермолизе, биоимиджинге и оптической томографии. Показана деструкция нанооболочек мощными 4-нс импульсами лазера (900-1064 нм), сопровождаемая изменением спектра экстинкции, образованием 5-30 нм частиц КЗ и формированием парового пузырька со временем жизни до 5 мкс. Теоретически и экспериментально показана возможность увеличения чувствительности твердофазного дот-иммуноанализа на два порядка за счет замены наночастиц коллоидного золота на золотые нанооболочки.

10. Синтезированные наночастицы использованы в исследованиях размерных эффектов циркуляции и биораспределения, динамики нагрева частиц в экспериментах in vitro и in vivo, в комплексном анализе контрастирования ОКТ-изображений кожи, в разработках количественного метода оценки эффективности мечения клеток, технологии лазерного спекания имплантов, создания полиэлектролитных микрокапсул с оптически управляемыми параметрами, нанокомпозитных ЖК-ячеек, методик микроскопической характеристики оптического захвата наночастиц и их броуновского движения, методик анализа антимикробной активности смесей золотых наночастиц и антибиотиков.

11. В рамках развития общей идеологии исследования структуры наночастиц методами светорассеяния, разработан и экспериментально апробирован универсальный подход для определения среднего размера и толщины оболочки липосом и оценки структуры частиц нерастворимых иммунных комплексов на основе комбинирования измерений волнового экспонента, удельной мутности и данных динамического рассеяния света.

Список цитированных работ:

JI1. Дыкман Л.А., Богатырев В.А., Хлебцов Н.Г., Щеголев С.Ю. Золотые наночастицы: Синтез, свойства, биомедицинское применение. М: Наука, 2008; Климов В.В. Наноплазмоника. М.: Физматлит, 2009. Л2. Nath N., Chilkoti А. // Anal. Chem. 2004. V. 76. P. 5370.

ЛЗ Kerker M. The scattering of light and other electromagnetic radiation. NY: Academic, 1969.

Л4. Payne E.K., Shuford K.L., Park S. et al. // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. P. 2150.

Л5. SchiderG., Krenn J. R., Hohenau A. et al // Phys. Rev. B. 2003. V. 68. P. 155427.

Л6. Bryant G.W., Garcia de Abajo F.J., Aizpurua J. // Nano Lett. 2008. V. 8. P. 631.

Л7. Encina E.R., Coronado E.A. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 9586.

Л8. Liu M„ Guyot-Sionnest P. // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. P. 5882

Л9. Hal as N. // MR Bulletin. 2005. V. 30. P. 362.

Л10. Chen K„ Liu Ya„ Ameer G„ Backman V. // J. Biomed. Opt. 2005. V. 10. P. 024005. Л11. Girardy J.M., Ausloos M. // Phys. Rev. B. 1980. V. 22. P. 4950-4959; Pinchuk A., Schatz G,

// Nanotechnology 16, 2209-2217 (2005). Л12. Malynych S„ Chumanov G. //J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125. P. 2896. Л13. Skrabalak. S. E„ Au L, Li X., Xia Y. //Nat. Protoc. 2007. V. 2. P. 2182. Л14. Saha et al. // Nanoscale Res. Lett. 2007. V. 2. P. 614; Grace A.N. et al. // J. Bionanosci. 2007. V. 1. P. 96; Selvaraj V. et al. // Int. J. Pharm. 2007. V. 337. P. 275.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Хлебцов Н.Г. Спектротурбидиметрический анализ взвесей липосом / Н.Г. Хлебцов, Л.А. Ковлер, С.В. Загирова, Б.Н. Хлебцов, В.А. Богатырев // Коллоидный журнал. - 2001. - Т. 63.-С. 538-546.

2. Khlebtsov B.N. Studies of phosphatidilcholine vesicles by spectroturbidimetry and dynamic light scattering methods / B.N. Khlebtsov, L.A. Kovler, V.A. Bogatyrev, N.G. Khlebtsov, S.Yu. Shchyogolev // J. Quant. Spectr. Radiat. Ttransfer. - 2003. - V. 79-80. - P. 829-838.

3. Хлебцов Н.Г. Двухслойная модель биоконъюгатов коллоидного золота и её применение для оптимизации наносенсоров / Н.Г. Хлебцов, Л.А. Дыкман, В.А. Богатырев, Б.Н. Хлебцов // Коллоидный журнал. - 2003. - Т. 65. - С.552-562.

4. Хлебцов Н.Г. Многослойная модель биоконъюгатов золотых наночастиц: исследование адсорбции желатина и иммуноглобулина человека с использованием спектров статического рассеяния и поглощения света и метода динамического светорассеяния / Н.Г. Хлебцов, В.А. Богатырев, Б.Н. Хлебцов, Л.А. Дыкман, P. Englebienne // Коллоидный журнал. - 2003. - Т. 65. - С.679-693.

5. Богатырев В.А. Определение среднего размера и оценка полидисперсности наночастиц золота по спектрам поглощения и рассеяния света / В.А. Богатырев, Л.А. Дыкман, Б.Н. Хлебцов, Н.Г. Хлебцов // Оптика и спектроскопия. - 2004. - Т. 94. - С. 139-147.

6. Khlebtsov B.N. A method for studying insoluble immune complexes / B.N. Khlebtsov, G.L. Burygin, L.Yu. Matora, S.Yu. Shchyogolev, N.G. Khlebtsov // Biochim. Biophys. Acta. -2004.-V. 1670.-P. 199-207.

7. Khlebtsov N.G. Differential light scattering spectroscopy: a new approach to studies of colloidal gold nanosensors / N.G. Khlebtsov, V.A. Bogatyrev, L.A. Dykman, B.N. Khlebtsov, Ya.M. Krasnov // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. - 2004. - V. 89. - P. 133-142.

8. Dykman L.A. A protein assay based on colloidal gold conjugates with trypsin / L.A. Dykman, V.A. Bogatyrev, B.N. Khlebtsov, N.G. Khlebtsov // Anal. Biochem. - 2005. - V. 341. - P. 1621.

9. Богатырев B.A. Оптические свойства коиъюгатов коллоидного золота с олиготимидином и их изменение при реакции гибридизации с полиадениловой кислотой / В.А. Богатырев, JI.A. Дыкман, Б.Н. Хлебцов, В.К. Плотников, Н.Г. Хлебцов // Коллоидный журнал. - 2005. - Т. 67. - 458-468.

10.Alekseeva A.V. Preparation and optical scattering characterization of gold nanorods, and their application to a dot-immunogold assay / A.V. Alekseeva, V.A. Bogatyrev, L.A. Dykman, B.N. Khlebtsov, L.A. Trachuk, A.G. Melnikov, N.G. Khlebtsov // Appl. Opt. - 2005. - V. 44. - P. 6285-6295.

11.Khlebtsov N.G. Can the light scattering depolarization ratio of small particles be greater than 1/3? / N.G. Khlebtsov, A.G. Mel'nikov, V.A. Bogatyrev, L.A. Dykman, A.V. Alekseeva, L.A. Trachuk, B.N. Khlebtsov // J. Phys. Chem. B. - 2005. - V.109 - P. 13578-13584.

12.Арефьева O.A. Липосомы в изучении механизма агрегации бактерий и их адсорбции на корнях растений / О.А. Арефьева, С.М. Рогачева, П.Е. Кузнецов, Б.Н. Хлебцов, С.А. Толмачев, М.С. Купадзе // Биологические мембраны. - 2006. - Т. 23. - С. 14-21.

13.Khlebtsov B.N. Absorption and scattering of light by a dimer of metal nanospheres: Comparison of dipole and multipole approaches / B.N. Khlebtsov, A.G. Melnikov, V.P. Zharov, N.G. Khlebtsov //Nanotechnology. - 2006. - V. 17. - P. 1437-1445.

М.Хлебцов Н.Г. Деполяризация света, рассеянного золотыми наносферами и наностержнями / Н.Г. Хлебцов, А.Г. Мельников, В.А. Богатырев, А.В. Алексеева, Б.Н. Хлебцов // Оптика и спектроскопия. - 2006. - Т. 100. - С. 491-498.

15.Khlebtsov B.N. Ultrasharp light scattering resonances of structured nanospheres: Effects of size-dependent dielectric functions / B.N. Khlebtsov, N.G. Khlebtsov // J. Biomedical Optics. -2006.-V. 11.-P. 44002(1-5).

16. Алексеева А.В. Золотые наностержни: синтез и оптические свойства / А.В. Алексеева, В.А. Богатырев, Б.Н. Хлебцов, А.Г. Мельников, J1.A. Дыкман, Н.Г. Хлебцов // Коллоидный журнал. - 2006. - Т. 68. - С. 725-744.

17. Khlebtsov B.N. Optical amplification of photothermal therapy with gold nanoparticles and nanoclusters / B.N. Khlebtsov, V.P. Zharov, A.G. Melnikov, V.V. Tuchin, N.G. Khlebtsov // Nanotechnology. - 2006. - V. 17. - P. 5267-5179.

18.Khlebtsov B.N. A solid-phase dot assay using silica/gold nanoshells / B.N. Khlebtsov, L.A. Dykman, V.A. Bogatyrev, V.P. Zharov, N.G. Khlebtsov // Nanoscale Research Letters. - 2007. -V. 2.-P. 6-11.

19.Хлебцов Б.Н. Спектры резонансного светорассеяния золотых нанооболочек: эффекты полидисперсности и ограничения длины свободного пробега электронов / Б.Н. Хлебцов,

B.А. Богатырев, JI.A. Дыкман, Н.Г. Хлебцов // Оптика и спектроскопия. - 2007. - Т. 102. -

C. 273-281.

20.Khlebtsov B.N. Biosensing potential of silica/gold nanoshells: Sensitivity of plasmon resonance to the local dielectric environment / B.N. Khlebtsov, N.G. Khlebtsov // J. Quant. Spectr. Radiat. Transfer. - 2007. - V. 106. - P. 154-169.

21.Khlebtsov B.N. On the extinction multipole plasmons in gold nanorods / B.N. Khlebtsov, A.G. Melnikov, N.G. Khlebtsov // J. Quant. Spectr. Radiat. Transfer. - 2007. - V. 107 - P. 306314.

22.Хлебцов Н.Г. Золотые наноструктуры с плазмонным резонансом для биомедицинских исследований / Н.Г. Хлебцов, В.А. Богатырев, JI.A. Дыкман, Б.Н. Хлебцов // Российские нанотехнологии. - 2007. - Т. 2. - С. 69-86.

23.Khlebtsov. B.N. Multipole plasmons in metal nanorods: Scaling properties and dependence on the particle size, shape, orientation, and dielectric environment / B.N. Khlebtsov, N.G. Khlebtsov // J. Phys. Chem. C. - 2007. - V. 111 - P. 11516-11527.

24.3агайнова E.B. Исследование контрастирующих свойств золотых наночастиц для метода ОКТ / Е.В. Загайнова, М.В. Ширманова, В.А. Каменский, М.Ю. Кирилин, А.Г. Орлова, И.В. Балалаева, Б.Н. Хлебцов, A.M. Сергеев // Российские нанотехнологии. - 2007. - Т.2. -С. 135-143.

25. Maksimova l.L. Near-infrared laser photothermal therapy of cancer by using gold nanoparticles: computer simulations and experiment / l.L. Maksimova, G.G. Akchurin, B.N. Khlebtsov, G.S.Terentyuk, B.N. Khlebtsov, I.A.Ermolaev, A.A.Skaptsov, E.P.Soboleva, N.G. Khlebtsov, V.V. Tuchin // Medical Laser Applications. - 2007. - V. 22. - P. 199-206.

26.Khlebtsov B.N. Observation of extra-high depolarized light scattering spectra from gold nanorods / B.N. Khlebtsov, V.A. Khanadeev, N.G. Khlebtsov // J. Phys. Chem. C. - 2008. - V. 112.-P. 12760-12768.

27.Khlebtsov B.N. Determination of the size, concentration, and refractive index of silica nanoparticles from turbidity spectra / B.N. Khlebtsov, V.A. Khanadeev, N.G. Khlebtsov // Langmuir. - 2008. - V. 24. - P. 8964-8970.

28. Akchurin G.G. Gold nanoshell photomodification under single nanosecond laser pulse accompanied by color-shifting and bubble formation phenomena / G.G. Akchurin, B.N. Khlebtsov, Geor.G. Akchurin, V.V. Tuchin, V.P. Zharov, N.G. Khlebtsov // Nanotechnology. - 2008. - V. 19.-P. 015701 (1-8).

29.Khlebtsov B.N. Enhanced solid-phase immunoassay using gold nanoshells: Effect of nanoparticle optical properties / B.N. Khlebtsov, N.G. Khlebtsov // Nanotechnology. - 2008. -V. 19.-P. 435703 (1-10)

30.Khlebtsov B.N. Coupled plasmon resonances in monolayers of metal nanoparticles and nanoshells / B.N. Khlebtsov, V.A. Khanadeyev, J. Ye, D.W. Mackowski, G. Borghs, N.G. Khlebtsov // Phys. Rev. B. - 2008. - V. 77. - P. 035440 (1-14).

31.Zagaynova E.V. Contrasting properties of gold nanoparticles for optical coherence tomography: phantom, in vivo studies and Monte Carlo simulation / E.V. Zagaynova, M.V. Shirmanova, M.Y. Kirillin, B.N. Khlebtsov, A.G. Orlova, I.V. Balalaeva, M.A. Sirotkina, M.L. Bugrova, P.D. Agrba, V.A. Kamensky // Phys. Med. Biol. - 2008. - V. 53. - P. 49955009.

32.Максимова И.Л. Лазерный фототермолиз биотканей с использованием плазмонно-резонансных наночастиц / И.Л. Максимова, Г.Г. Акчурин, Г.С. Терентюк, Б.Н. Хлебцов, Геор.Г. Акчурин, И.А. Ермолаев, А.А. Скапцов, Е.М. Ревзина, В.В. Тучин, Н.Г. Хлебцов // Квантовая электроника. - 2008. - Т. 38. - С. 536-542.

33.Федосов И.В. Динамическая ультрамикроскопия лазерно-индуцированных течений в коллоидных растворах плазмонно-резонансных частиц / И.В. Федосов, И.С. Нефедов, Б.Н. Хлебцов, В.В. Тучин// Квантовая электроника. - 2008. - Т. 38, №6. - С. 530-535.

34. Горин Д.А. Полиэлектролитные микрокапсулы, содержащие молекулы сульфированного бета-циклодекстрина в структуре наноразмерной оболочки / Д.А. Горин, С.А. Портнов, О.А. Иноземцева, А.Л. Карагайчев, А.А. Невешкин, Б.Н. Хлебцов, С.Н. Штыков // Коллоидный журнал. - 2008. - Т. 70, № 2. - С. 175-180.

35.Хлебцов Б.Н. Коллективные плазмонные резонансы в монослое металлических наночастиц и нанооболочек / Б.Н. Хлебцов, В.А. Ханадеев, Н.Г. Хлебцов // Оптика и спектроскопия. - 2008. - Т. 104. - С.324-337.

36. Хлебцов Б.Н. Определение размера, концентрации и показателя преломления наночастиц оксида кремния методом спектротурбидиметрии / Б.Н. Хлебцов, В.А. Ханадеев, Н.Г. Хлебцов // Оптика и спектроскопия. - 2008. - Т. 105. - С. 801-808.

37. Букреева Т.В. Полиэлектролитные микрокапсулы с наночастицами серебра и золота в составе оболочки, полученные на ядрах карбоната кальция и полистирола / Т.В. Букреева, Б.В. Парахонский, И.В. Марченко, Б.Н. Хлебцов, Н.Г. Хлебцов, О.В. Дементьева, М.Н. Саватеев, Л.А. Фейгин, М.В. Ковальчук // Российские нанотехнологии. - 2008. - Т. 3. - С. 89-96.

38.Хлебцов Н.Г. Нанобиотехнологии в России. Нанокристаллы для биомедицинской диагностики / Н.Г. Хлебцов, В.А. Богатырев, Л.А. Дыкман, Б.Н. Хлебцов // Российские нанотехнологии. - 2008. - Т.З. - С. 31-33.

39. Хлебцов Б.Н. Использование золотых нанооболочек в твердофазном иммуноанализе / Б.Н. Хлебцов, В.А. Ханадеев, В.А. Богатырев, Л.А. Дыкман, Н.Г. Хлебцов // Российские нанотехнологии. - 2008. - Т. 3. - С. 50-63.

40. Колесникова Т.А. Характеризация чувствительных к ультразвуковому воздействию нанокомпозитных микрокапсул методом атомио-силовой микроскопии / Т.А. Колесникова, Б.Н. Хлебцов, Д.Г. Щукин, Д.А. Горин // Российские нанотехнологии. -2008.-Т.З.-С. 48-57.

41 .Kirilin M.Y. Contrasting properties of gold nanoshells and titanium dioxide nanoparticles for optical coherence tomography imaging of skin: Monte Carlo simulations and in vivo study / M.Y. Kirillin, M.V. Shirmanova, M.A. Sirotkina, M.L. Bugrova, B.N. Khlebtsov, E.V. Zagaynova // J. Biomed. Opt. - 2009. - V. P. 021017 (1-9).

42. Ященок A.M. Зависимость параметров оболочки нанокомпозитных микрокапсул от размера золотых наночастиц / A.M. Ященок, О.А. Иноземцева, Д.А. Горин, Б.Н. Хлебцов // Коллоидный журнал. - 2009. - Т. 71. - С. 422-429.

43.Федосов И.В. Измерение коэффициента диффузии наночастиц методом микроскопии селективного планарного освещения / И.В. Федосов, И.С. Нефедов, Б.Н. Хлебцов, В.В. Тучин // Оптика и спектроскопия. - 2009. - Т. 107. - С. 895-902.

44.Хлебцов Б.Н. Синтез, стабилизация и оптические свойства золотых наностержней с серебряной оболочкой / Б.Н. Хлебцов, В.А. Ханадеев, В.А. Богатырев, Л.А. Дыкман, Н.Г. Хлебцов // Российские нанотехнологии. - 2009. - Т. 4. - С. 93-103.

45. Terentyuk G.S. Circulation and distribution of gold nanoparticles and induced alterations of tissue morphology at intravenous particle delivery / G.S. Terentyuk, G.N. Maslyakova, L.V. Suleymanova, B.N. Khlebtsov, B.Ya. Kogan, G.G. Akchurin, A.V. Shantrocha, I.L. Maksimova, N.G. Khlebtsov, V.V. Tuchin // J. Biophotonics. - 2009. - V. 2. - P. 292-302.

46.Terentyuk G.S. Laser induced tissue hyperthermia mediated by gold nanoparticles: towards cancer phototherapy / G.S. Terentyuk, G.N. Maslyakova L.V. Suleymanova, N.G. Khlebtsov, B.N. Khlebtsov, G.G. Akchurin, I.L. Maksimova, V.V. Tuchin // J. Biomed. Opt. - 2009. - V. 14.-021016(1-9).

47.Burygin G.L. On the enhanced antibacterial activity of antibiotics mixed with gold nanoparticles / G.L. Buiygin, B.N. Khlebtsov, A.N. Shantrokha, L.A. Dykman, V.A. Bogatyrev, N.G. Khlebtsov // Nanoscale Res. Lett. - 2009. - V. 4. - P. 794-801.

48.Khanadeev V.A. Quantitative cell bioimaging using gold-nanoshell conjugates and phage antibodies / V.A. Khanadecv, B.N. Khlebtsov, S.A. Staroverov, I.V. Vidyasheva, A.A.

Skaptsov, E.S. Ueneva, V.A. Bogatyrev, L.A. Dykman, N.G. Khlebtsov // J. Biophotonics. -2010. - V. 3. - DOI: 10.1002/jbio.200900093.

49.Хлебцов Б.Н. Ослабление, рассеяние и деполяризация света золотыми наностержнями с серебряной оболочкой / Б.Н. Хлебцов, В.А. Ханадеев, Н.Г. Хлебцов // Оптика и спектроскопия. - 2010. - Т. 108. - 64-74.

50. Khlebtsov B.N. Tunable depolarized light scattering from gold and gold/silver nanorods / B.N. Khlebtsov, V.A. Khanadeev, N.G. Khlebtsov // Phys. Chem. Chem. Phys.- 2010. - V. 12. -P. 3210-3218.

51.Хлебцов Б.Н. Серебряные нанокубики и золотые наноклетки: синтез, оптические и фототермические свойства / Б.Н. Хлебцов, В.А. Ханадеев, Н.Г. Хлебцов // Российские нанотехнологии. - 2010. - Т. 5. - С. 00-00.

Патенты:

1. Патент на изобретение № 2347563 РФ. - Способ селективного разрушения меланомы. -Г.Г. Акчурин, Геор.Г. Акчурин, В.А. Богатырев, И.Л. Максимова, Г.Н. Маслюкова, Г.С. Терентюк, Б.Н. Хлебцов, Н.Г. Хлебцов, А.В. Шантроха. - опубликовано 27.02.2009. Бюл.№ 17.

2. Патент на изобретение № 2361190 РФ. - Способ определения концентрации наночастиц. - Г.Г. Акчурин, Геор.Г. Акчурин, И.О. Колбенев, В.Ю. Максимов, О.Г. Наумова, Б.Н. Хлебцов, Н.Г. Хлебцов. - опубликовано 10.07. 2009. Бюл.№ 19.

Формат 60x84 1/16. Гарнитура Times New Roman 10, _Объем 2 п. л. Тираж 100. Заказ 57._

Отпечатано в ИБФРМ РАН Саратов, пр. Энтузиастов 13.

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Хлебцов, Борис Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1 Получение и определение параметров золотых наночастиц

1.1 Коллоидное золото

1.2 Золотые наностержни

1.3 Золотые нанооболочки

1.4 Методы определения геометрических параметров плазмоннорезонансных наночастиц'

2 Оптические свойства металлических наночастиц

2.1 Диэлектрические функции

2.2 Оптические свойства плазмонно-резонансных частиц: дипольное приближение

2.3 Строгие методы расчета оптических свойств наночастиц

3. Функционализация наночастиц и биомедицинские применения

3.1 Общие принципы получения конъюгатов наночастиц с биомакромолекулами

3.2 Основные направления биологических применений плазмоннорезонансных наночастиц

3.3 Детектирование биоспецифических взаимодействий, иммуноанализ

3.4 Визуализация и контрастирование

3.5 Фототермическая терапия

3.6 Адресная доставка антигенов и лекарств, токсичность и биораспределение наночастиц

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ БИОКОНЪЮГАТОВ ЗОЛОТЫХ НАНОЧАСТИЦ

2.1 Двухслойная модель биоконъюгатов: изменение экстинкции и рассеяния при адсорбции биополимера

2.1.1 Оптическая модель биоконъюгатов: теоретический анализ

2.1.2 Результаты и их обсуждение

2.1.3 Оптимизация оптических свойств биоконъюгатов по размеру частиц

2.2 Многослойная модель биоконъюгатов: изменение экстинкции и рассеяния при адсорбции биополимера

2.2.1 Теоретический анализ многослойной модели биоконъюгата коллоидного золота

2.2.2 Изменение спектров экстинкции и рассеяния при формировании первичного и вторичного полимерного слоя. Оптимизация наносенсоров

2.3 Экспериментальное исследование адсорбции биополимеров на золотых наночастицах с использованием спектров статического рассеяния и поглощения света и метода динамического светорассеяния

2.3.1 Препараты и реактивы. Приготовление конъюгатов

2.3.2 Приборы и методики измерений

2.3.3 Результаты экспериментов и их обсуждение

2.3.4 Неоднородная модель адсорбции желатина на частицах золота

2.4 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗОЛОТЫХ И ЗОЛОТО-СЕРЕБРЯНЫХ НАНОСТЕРЖНЕЙ: ЭКСПЕРИМЕНТ И ТЕОРИЯ

3.1 Теоретическое и экспериментальное исследование деполяризации света, рассеянного золотыми наностержнями

3.1.1 Теоретическое моделирование спектров деполяризации плазмонно-резонансных наночастиц

3.1.2 Экспериментальное измерение деполяризации света, рассеянного золотыми наностержнями

3.2 Мультипольные плазмонные резонансы в металлических наностержнях

3.2.1 Модель и методы расчетов

3.2.2 Зависимость мультипольных резонансов от размера и формы наностержней

3.2.3 Правила мультипольных вкладов

3.2.4 Ориентационная зависимость мультипольных резонансов

3.2.5 Сравнение с экспериментом и результатами моделирования методом дискретных диполей

3.2.6 Скейлинг мультипольных резонансов

3.2.7 Зависимость положения мультипольных резонансов от диэлектрической проницаемости окружающей среды

3.3 Синтез и исследование оптических свойств золото-серебряных наностержней

3.3.1 Синтез золотосеребряных наностержней

3.3.2 Характеристика образцов

3.3.3 Результаты эксперимента и обсуждение

3.3.3 Теоретическое моделирование: оценка толщины серебряного нанослоя по спектральному сдвигу

3.3.4 Спектральная настройка резонансов экстинкции и деполяризации.

3.5 Выводы по главе

ГЛАВА 4 СИНТЕЗ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗОЛОТЫХ НАНООБОЛОЧЕК

4.1 Определение размера и концентрации силикатных ядер по спектрам рассеяния

4.1.1 Принцип построения калибровочных зависимостей для определения размера и концентрации силикатных наночастиц

4.1.2 Экспериментальные исследования наночастиц двуокиси кремния

4.2 Спектры резонансного рассеяния суспензий золотых нанооболочек и многослойных металлодиэлектрических структур

4.2.1 Модель и методы расчетов спектров резонансного рассеяния многослойных металлодиэлектрических наночастиц

4.2.2 Спектры резонансного рассеяния золотых нанооболочек

4.2.3 Полуширина спектров резонансного рассеяния многослойных

4.3 Биосенсорный потенциал золотых нанооболочек: оптимизация геометрических параметров

4.3.1 Поляризуемость многослойной сферы

4.3.3 Изменение спектров экстинкции и рассеяния золотых нанооболочек при формировании первичного и вторичного полимерного слоя.

4.4 Выводы по главе

ГЛАВА 5 КОЛЛЕКТИВНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОЧАСТИЦ С ПЛАЗМОННЫМ РЕЗОНАНСОМ

5.1 Оптические свойства золотых и серебряных бисфер: дипольный и мультипольный подход

5.1.1 Тензор поляризуемости двух взаимодействующих сфер

5.1.2 Многочастичное решение Ми

5.1.3 Сравнение спектров экстинкции и рассеяния бисфер, рассчитанных в дипольном и мультипольном приближениях

5.2 Оптическое усиление фототермальной терапии с помощью золотых наночастиц и кластеров

5.2.1 Модели и методы расчетов

5.2.2 Результаты моделирования и обсуждение

5.3 Коллективные плазмонные резонансы в монослое наночастиц и нанооболочек

5.3.1 Модели и методы расчета

5.3.2 Результаты моделирования коллективных плазмонных резонансов в монослоях частиц

5.3.3 Экспериментальное исследование коллективных плазмонных резонансов в монослоях золотых нанооболочек

5.4 Выводы по главе

ГЛАВА 6 СЕРЕБРЯНЫЕ НАНОКУБЫ И ЗОЛОТЫЕ НАНОКЛЕТКИ: СИНТЕЗ, ОПТИЧЕСКИЕ И ФОТОТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

6.1 Синтез и характеристика наночастиц

6.1.1 Синтез и характеристика серебряных нанокубов

6.1.2 Синтез и характеристика золотых наноклеток

6.2 Сравнение фототермических свойств золотых наноклеток, наностержней и нанооболочек

6.3 Моделирование спектров поглощения и рассеяния для нанокубиков и наноклеток с хаотической ориентацией

6.4 Выводы по главе

ГЛАВА 7 БИОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОМЕДИЦИНСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛУЧЕННЫХ НАНОЧАСТИЦ И РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДИК

7.1 Твердофазный иммуноанализ с использованием функционализованных золотых нанооболочек

7.1.1 Синтез и характеристика конъюгатов наночастиц

7.1.2 Результаты иммуноанализа и обсуждение

7.1.3 Теоретическая модель дот-анализа

7.2 In vivo применения золотых нанооболочек для лазерной гипертермии, визуализации клеток и контрастирования ОКТ изображений

7.2.1 Синтез образцов, характеризация и контроль качества

7.2.2 Биоциркуляция и биораспределение наночастиц

7.2.3 Индуцированная наночастицами лазерная гипертермия тканей лабораторных животных

7.2.4 Применение золотых нанооболочек в качестве маркеров для темнопольной микроскопии клеток

7.2.5 Увеличение контраста ОКТ изображений с помощью золотых нанооболочек

7.3 Спектротурбидиметрия липосом и иммунных комплексов

7.3.1 Теория спектротурбидиметрического метода определения размера и параметров структуры липосом и иммунных комплексов

7.3.2 Расчет калибровок для определения диаметра частиц, толщины липосомальной оболочки и состава иммунных комплексов по измерениям волнового экспонента и удельной мутности

7.3.2 Экспериментальное определение толщины оболочки липосомы и состава нерастворимого иммунного комплекса

7.4 Другие применения синтезированных наночастиц

7.5 Выводы по главе 403 ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ 407 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Плазмонно-резонансные наночастицы для биомедицинских приложений"

Золотые и серебряные наночастицы с плазмонным резонансом (ПР) являются объектами интенсивного исследования в современной нанобиотехнологии [1, 2], образуя новую область исследований, называемую "наноплазмоникой" [3]. Использование наночастиц благородных металлов для аналитических целей в биосенсорике [4-6] и геномике [7], визуализации клеточных структур [8] (включая раковые клетки [9, 10]), направленной доставки лекарственных средств [11], усиления иммунного ответа [12] и фототермолиза раковых клеток [13-16] основано на комбинации молекулярного биологического «узнавания» (молекула-зонд + молекула-мишень) и уникальных оптических свойств наночастиц в видимой и инфракрасной области при возбуждении, локализованных плазмонов [17].

В нанобиотехнологии используются металлические наночастицы, к поверхности которых с помощью физической адсорбции или ковалентной пришивки прикреплены узнающие биомакромолекулы (например, однонитевые олигонуклеотиды, антитела и т.п.). Такие наноструктуры называют биоконъюгатами [1] или просто конъюгатами, а процедуру прикрепления биомакромолекул к поверхности наночастиц часто называют «функционализацией» [18]. Таким образом, молекула-зонд конъюгата используется для уникального связывания с мишенью, а металлическое ядро — для визуализации взаимодействия в случае, например, диагностики с помощью резонансного рассеяния света в темнополевой микроскопии [19], как контрастирующий агент в оптической когерентной томографии (ОКТ) [20], или для тепловой фотодеструкции раковых клеток за счет резкого нагрева наночастиц лазерными импульсами [21, 22].

Для большинства применений в биофизике и биомедицине [1, 2, 23] резонансные оптические свойства наноструктур должны быть настроены в окно прозрачности биотканей [24]. Спектральная настройка ПР наночастиц и соотношения между их эффективностями поглощения и рассеяния 9 осуществляется за счет изменения размера, формы, металла и структуры частиц [1, 25-27]. До недавнего времени в большинстве приложений использовались коллоидные золотые наночастицы примерно сферической формы [12, 29]. Спектральная настройка резонансов поглощения и рассеяния для таких наночастиц осуществлялась только за счет выбора диаметра частиц. При этом возможный диапазон длин волн составляет от 515 (для 5 нм частиц) до 560 (для наночастиц с диаметром около 80 нм). Бурное развитие технологий синтеза наночастиц за последние 10-15 лет [2, 30, 31] предоставило исследователям широкий арсенал возможностей, начиная от хорошо известных теперь золотых наностержней [32-39] и нанооболочек [40-43] и кончая экзотическими структурами типа «нанориса» [43], «нанозвезд» [44], «наноожерелий» [45] или «наноклеток» [46]. В данной диссертационной работе основное внимание уделено трем типам наночастиц: коллоидное золото, золотые и золото-серебряные наностержни, нанооболочки и наноклетки, состоящие из диэлектрического ядра и металлической оболочки толщиной несколько нанометров (для наноклеток ядро представляет собой дисперсионную среду). Выбор этих объектов исследования обусловлен перспективными и востребованными биологическими и медицинскими применениями, где такие частицы используются в качестве нанобиотехнологической платформы. Например, поиск в базе данных научных статей SCOPUS [47] за последние 10 лет дает 10317 ссылок на статьи по ключевым словам «gold nanoparticles», 552 работы по ключевым словам «nanoshells», 2438 — «nanorods».

С увеличением размера наночастиц (эквиобъемный диаметр около 50 нм) в их спектрах экстинкции и рассеяния наблюдается резонанс квадрупольной природы [48-50]. Более того, в некоторых случаях мультипольное описание необходимо даже тогда, когда размеры наноструктуры малы по сравнению с длиной волны света. Примером такого необычного коллективного поведения электронов проводимости может служить случай металлических бисфер [16, 25, 51], когда для каждой

10 отдельной частицы с размером 10-30 нм дипольное приближение является практически точным, а для близко расположенных сфер мультипольное разложение сходится исключительно медленно и требует большого (более 30) числа мультиполей при моделировании спектров. С точки зрения биологических приложений, коллективное поведение взаимодействующих частиц с ПР также представляет большой интерес [2, 52], так как оптическое взаимодействие открывает путь к управляемой настройке плазмонного резонанса в нужный спектральный диапазон. Этот раздел включает исследование различных структур, например, одномерных цепочек, состоящих из металлических сфер [25, 53--61]. Другим примером является« оптика двумерных массивов [62- 71], в том числе кластеров сферических частиц на подложке [72] и двумерных планарных ансамблей, сформированных обычными золотыми или полимерно-покрытыми сферами [25], бисферами [17, 73], нанополостями [74, 75] или наностержнями. Следует еще раз подчеркнуть, что особенности коллективного поведения взаимодействующих наночастиц проявляются уже в самой простой модели двух металлических сфер и системы наноструктура+молекула [76, 77]. I

Оптические свойства трехмерных металлических кластеров [78-81] представляют большой интерес для нанобиотехнологии с различных точек зрения. Во-первых, они тесно связаны с методом БР1А (зо1-рагйс1е-тнпшюаБвау) [82], различные варианты которого используются для количественного анализа белков (прежде всего — антител) [83- 87], лектинов [88], нуклеиновых кислот [89] и других биомолекул [12]. Во-вторых, усиленное поглощение света кластерами частиц в ближней ИК области является важным фактором, определяющим эффективность фототерапии раковых клеток [16, 90]. В-третьих, трехмерные кластеры обладают локальной анизотропией структуры [16, 91-93], поэтому агрегация наночастиц сопровождается иногда необычной трансформацией спектров экстинкции, включая появление резонансного длинноволнового пика [25, 94-99].

Наиболее распространенным методом исследования плазмонно-• резонансных структур на сегодняшний день является электронная микроскопия (ЭМ) [100-102]. Высокая электронная плотность благородных металлов вместе с нанометровыми размерами наночастиц делают их идеальным объектом для ЭМ исследований и даже позволяют использовать их в качестве маркеров и контрастирующих агентов [100, 102-104]. Однако с практической точки зрения исследователям часто важны не столько точные геометрические размеры наночастиц, сколько оптические свойства как единичной частицы, так и золя в целом. То есть принципиальным является вопрос, как получить наночастицы и структуры с заданными оптическими свойствами? В связи с этим особое место занимают оптические методы исследования плазмонно-резонансных частиц, преимущественно спектрофотометрические [2, 105-107]. С проблемой синтеза частиц с i контролируемыми свойствами неразрывно связано моделирование оптических свойств наноструктур с заданными геометрическими параметрами.

Малый размер наночастиц по отношению к длине волны видимого v света позволяет при исследовании оптических их свойств во многих случаях ограничиться дипольным приближением, разработанным в классических работах Релея [108] и обобщенном затем Ми [109] для случая сферических частиц и Гансом [110] для наностержней. Для наночастиц большего размера или сложной структуры приближенные методы не позволяют получить удовлетворительный результат. Для частиц с вращательной симметрией широкое распространение получил метод Т-матриц [48, 49, 106, 111, 112], а также метод разделения переменных (только сфероидальные частицы) [113, 114]. В случае моделирования спектров ансамбля взаимодействующих сферических частиц удобно использовать обобщенное многочастичное решение Ми (generalized multiparticle Mie solution (GMM)) [115, 116] или модификацию метода Т-матриц [117] для кластеров, построенных из многослойных сфер. В последние годы, с развитием вычислительной техники, большое число исследователей использует методы дискретных диполей (DDA- discrete dipole approach) [26, 118] и конечных разностей во временном представлении (FDTD —finite difference in the time domain) [119]. Эти подходы позволяют решать уравнения Максвелла при взаимодействии электромагнитной волны со структурами любой формы и структуры, моделируя ее системой взаимодействующих диполей. Причем метод FDTD позволяет также получить картину распределения поля в моделируемом объеме, как в пространственном, так и во временном представлении. Однако, несмотря на свою универсальность, эти методы имеют два существенных ограничения: длительное время моделирования и отсутствие информации о мультипольной природе резонансов в спектрах поглощения и рассеяния.

Анализ литературных данных показал, что к моменту начала* исследований, описанных в данной работе, имелся ряд нерешенных или мало исследованных фундаментальных и прикладных вопросов, связанных с синтезом, моделированием оптических свойств и биологическими применениями наночастиц с настраиваемым плазмонным резонансом. Поскольку формальная постановка задач исследования будет дана ниже, здесь мы ограничимся только перечислением некоторых принципиальных моментов:

1. Для биоконъюгатов коллоидных золотых наночастиц не существовало общей теоретической модели для описания их оптических свойств и отсутствовали экспериментальные данные по структуре биополимерного слоя.

2. В исследовании оптических свойств золотых наностержней отсутствовали экспериментальные данные по спектрам сверхсильной деполяризации рассеянного света и детальный анализ мультипольных свойств на основе Т-матричного подхода.

3. Для золотых и золото-серебряных наностержней отсутствовали данные по корреляции спектров экстинкции, рассеяния и деполяризации с толщиной серебряного нанослоя и морфологией частиц.

4. Для многослойных наноструктур и, в частности, золотых нанооболочек не были полностью выяснены принципиальные ограничения на ширину плазмонных резонансов рассеяния и экстинкции, обусловленные полидисперсностью образцов и ограничением длины свободного пробега электронов. Не были разработаны вопросы биосенсорной чувствительности нанооболочек.

5. В исследованиях коллективных оптических свойств не было дано анализа оптического усиления поглощения за счет электродинамического взаимодействия в различных системах взаимодействующих золотых и серебряных наносфер (начиная от бисферы и кончая произвольным ЗТ>-кластером). Не был дан строгий теоретический и экспериментальный анализ оптических свойств монослоя сфер или нанооболочек.

6. Не были получены экспериментальные спектры рассеяния от суспензий серебряных нанокубиков и золотых наноклеток в сопоставлении с теоретическим моделированием методом связанных дипольных сфер.

7. Отсутствовали данные по применению золотых нанооболочек в твердофазном иммуноанализе, лазерной гипертермии и оптической когерентной томографии, а также по их биоциркуляции в организме животных.

8. Отсутствовали удобные теоретические калибровки и экспериментальные данные по спектртурбидиметрическому анализу наноструктуры частиц, не обладающих плазмонным резонансом (липосомы и иммунные комплексы)

Данная диссертационная работа посвящена решению перечисленных проблем, чем определяется её актуальность и научную значимость. В работе, наряду с традиционными частицами коллоидного золота, основное внимание уделено трем типам НЧ: (1) золотые и золото-серебряные

14 наностержни, (2) золотые нанооболочки на ядрах из двуокиси кремния; (3) золотые наноклетки, формируемые на шаблонах их серебряных нанокубиков. Отличительной особенностью всех этих НЧ является возможность оптимизации их свойств в отношении спектральной настройки ПР и эффективностей поглощения и рассеяния.

Целью диссертационной работы являлась разработка комплексного подхода нанобиотехнологии частиц с настраиваемым плазмонным резонансом, включающего контролируемый синтез, оптическую характеристику и методики биомедицинских приложений.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи исследования:

4. Экспериментально исследовать применение различных типов наночастиц в качестве меток для твердофазного иммуноанализа, темнопольной микроскопии, лазерного фототермолиза, оптической когерентной томографии и других биомедицинских и биофизических приложений.

Научная новизна работы:

4. Разработан метод стабилизации золото-серебряных наностержней и метод оценки толщины их серебряной нанооболочки по относительному спектральному сдвигу резонансов.

6. Выполнен комплексный анализ проблемы оптического усиления в фототермальной терапии для наночастиц, а также линейных цепочек, двухмерных и трехмерных кластеров двухслойных наносфер. Дано сравнение дипольного приближения и точного Т-матричного расчета спектров золотых и серебряных бисфер различного размера.

9. Впервые показано увеличение чувствительности дот-иммуноанализа в 50-80 раз при использовании конъюгатов золотых нанооболочек.

Научно-практическая значимость работы определяется востребованностью разработок и их эффективным применением в различных учреждениях РФ, включая ИБФРМ РАН, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратовский государственный медицинский университет, Российский онкологический научный центр им. H.H. Блохина (г. Москва), Нижегородскую медицинскую академию и Институт прикладной физики РАН (г. Нижний Новгород), Институт кристаллографии РАН (г. Москва), ФГУП «ГНЦ НИОПИК» (г. Москва), ФИ РАН (г. Москва), ИПЛИТ РАН* (г. Троицк). Эти работы связаны с развитием дот-иммуноанализа, лазерного фототермолиза и спекания, темнопольного микроскопического биоимиджинга и оптической когерентной томографии (ОКТ), созданием микрокапсульных и ЖК-композитов и ряда других направлений. Результаты исследований защищены двумя патентами РФ.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты:

1. Многослойная сферическая модель дает адекватное описание оптических свойств биоконъюгатов, при этом толщина адсорбционного слоя порядка

5 нм определяет основные изменения, спектров. Для получения

17 максимального оптического отклика на присоединение молекул-мишеней, оптимальный размер наночастиц КЗ составляет 40-50 нм, а отношение толщины золотой нанооболочки к радиусу ядра — 0.2-0.4.

3. Если пронумеровать плазмонные резонансы золотых наностержней в порядке появления в спектре с ростом осевого отношения при постоянной толщине, то резонанс с номером п является суммой мультипольных вкладов порядка 1>п соответствующей четности. Длины волн резонансов являются универсальной линейной функцией осевого отношения, деленного на номер резонанса, а сдвиг длины волны линейно зависит от инкремента показателя внешней среды.

18 обладают наивысшей эффективностью преобразования лазерного света в тепло по сравнению с золотыми наностержнями и нанооболочками:

19 функционализации наночастиц, эксперименты по адсорбции биополимеров на наночастицах коллоидного золота и интерпретация данных выполнены совместно с д.б.н. Дыкманом JI.A., д.б.н. Богатыревым В.А. и проф. Р. Englebienne (Free Univ., Брюссель, Бельгия). Эксперименты по определению состава частиц нерастворимых иммунных комплексов и некоторые электронно-микроскопические исследования выполнены совместно с к.б.н. Бурыгиным Г.Л.

Букреева Т.В., Институт кристаллографии РАН) и по лазерной ультрамикроскопии наночастиц (к.ф.-м.н. Федосов И.В., СГУ). Часть экспериментов по самоассемблированию монослоев золотых наночастиц и нанооболочек выполнена совместно с Dr. J. Ye и Prof. G. Borghs на базе Межуниверситетского центра микроэлектроники (ГМЕС, Leuven, Бельгия) в рамках гранта INTAS.

Работа выполнена в Лаборатории нанобиотехнологии ИБФРМ РАН в рамках плановых госбюджетных тем НИР.

1529.2003.4, МК-961.2005.2, МК-2637.2007.2, МК-684.2009.2); государственным контрактом на проведение научно-исследовательской работы № 02.513.11.3043 (2007); Программой президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине» (2009-2010); грантом INTAS Post-doc fellowship 2007-2008, а также грантом фонда содействия отечественной науке (2008-2009).

Апробация результатов

Основные результаты диссертации доложены на международных научных конференциях:

• Saratov Fall Meeting - International School for Young Scientists and Students on Optics, Laser Physics & Biophysics, Saratov, Russia, 1999-2005 и 20082009

• Международная конференция, посвященная 100-летию со дня рождения Р.В. Мерцлина «Физико-химический анализ жидкофазных систем», Саратов, 2003. "

• NATO Advanced Study Institute Photopolarimetry in Remote Sensing, Yalta, Ukraine, 2003.

• 6-7, 9-11th Conf. on Electromagnetic and Light Scattering by Nonspherical Particles, Halifax (2001), Bremen (2003), St. Petersburg (2006), Bodrum (2007), Hertfordshire (2008). Workshop on Biophotonics and Biomedical Optics "ВВО-Об", Wuhan, China, 2006

• International Conference «Laser Optics for Young Scientists», St. Petersburg, 2006

• 10th Russian-German-Ukrainian Analytical Symposium, 2007, Saratov, Russia

• 1-ый и 2-ой Международный форум по нанотехнологиям, 2008 и 2009, Москва, Россия

• International School-Conference Biophotonics-09,2009, Ven, Sweden

• International Conference SPIE Photonics Europe 2010, Brussels, Belgium

Публикации

По теме диссертации опубликовано 123 работы, в том числе 51 статья в журналах из перечня, рекомендованного ВАК для публикации результатов докторских диссертаций. Результаты исследований защищены двумя патентами РФ.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Хлебцов, Борис Николаевич

7.5 Выводы по главе

1) Предложено в качестве универсального биомаркера для ш vivo применений плазмонно-резонансных меток использовать ПЭГ-покрытые или биоспецифически функционализованные частицы, состоящие из силикатного ядра со средним диаметром 120 нм и толщиной золотой оболочки 15-20 нм. Преимуществом данного маркера является максимум плазмонного резонанса в области прозрачности биотканей 800-850 нм, а также большие абсолютные значения, как поглощения, так и рассеяния в указанном диапазоне. Разработанные биомаркеры на основе золотых нанооболочек нашли применение в ряде перспективных областей, включая дот иммуноанализ, фототермолиз, биоимиджинг и оптическую низкокогерентную томографию.

2) Показана возможность увеличения чувствительности твердофазного дот иммуноанализа за счет замены наночастиц коллоидного золота диаметром 15 нм, традиционно используемых в качестве меток, на золотые нанооболочки, состоящие из силикатного ядра и золотой оболочки. Даже при визуальном способе детекции, использованном в данной работе, мы смогли снизить предел детекции иммуноглобулинов до 0.4 нг против 15 нг стандартного метода. Для объяснения эксперимента впервые разработан теоретический подход, подтвержденный в эксперименте и принципиально важный для дальнейшего развития метода. Развитая теория позволила оценить отношение среднего количество сайтов, ассоциированных с конъюгатами различного типа. Показано, что нижний порог детекции контролируется поверхностью частиц и что каждой нанооболочке на нижнем пороге детекции соответствует примерно в 20-30 раз больше молекул-мишеней, чем в случае маркеров коллоидного золота. При этом коллосальный выигрыш в оптической ; эффективности нанооболочек, связанный с существенно большим коэффициентом экстинкции, компенсирует этот проигрыш и обеспечивает в целом существенно большую сенсорную чувствительность, почти на два порядка.

3) Исследована циркуляция в крови и биораспределение ПЭГ-функционализованных золотых наночастиц диаметром 15 и 50 нм, а также золотых нанооболочек (120/20 нм) при внутривенном введении лабораторным кроликам и крысам. Частицы меньшего размера (15 нм) дольше циркулировали в крови по сравнению с частицами большего размера. Максимальная концентрация золотых наночастиц в крови наблюдалась через 20-30 минут после введения. Через 24 часа золотые наночастицы накапливаются преимущественно в печени и селезенке животных, причем с увеличением размера частиц распределение смешается, в сторону накопления в печени. Гистологические исследования указанных органов показали наличие размерно-зависимых морфологических изменений.

4) Оптимизированы концентрации золотых нанооболочек и параметры' лазерного излучения для получения контролируемой лазерной гипертермии тканей у животных. Исследована динамика нагрева тестовых пробирок с различными концентрациями наночастиц, под действием непрерывного и

404 импульсного лазерного излучения 810 нм с плотностью мощности 2 Вт/см2. Показано, что концентрация частиц около 5x108 шт/мл является оптимальной с точки зрения глубины проникновения излучения и динамики нагрева. В эксперименте in vivo исследована динамика нагрева мышечной . ткани крыс после подкожного и внутримышечного введения суспензии золотых нанооболочек. Импульсный режим лазерного нагрева биотканей является предпочтительным с точки зрения поддержания оптимальной для гипертермии (48-50 °С) температуры тканей.

5) На примере непрямого биоспецифического мечения клеток эмбриона почек свиньи, несущих онковирус, с использованием фаговых антител к молекулярным рецепторам на поверхности клеток и конъюгатов золотых нанооболочек с кроличьими антифаговыми антителами разработан способ количественной оценки эффективности мечения с, помощью метода темнопольной микроскопии резонансного рассеяния. Эффективность специфического мечения была в 17 раз выше, чем в случае неспецифической адсорбции наночастиц на поверхности клетки.

6) Проведен комплексный анализ возможностей контрастирования

ОКТ-изображений кожи с помощью золотых нанооболочек, включающий

Монте-Карло моделирование, исследования на агаровых фантомах и коже животных in vivo. Показано увеличение интенсивности сигнала на ОКТ изображении в области, где концентрируются наночастицы. В случае исследования кожи in vivo, наибольшее накопление частиц наблюдалось в области поверхностной дермы, где контрастнее визуализируются придатки кожи и сосуды. Снижение уровня сигнала в нижних более глубоких плотных слоях дермы определяет контрастирование границы между двумя слоями соединительной ткани кожи, отличающимися морфологической структурой. ' Физической основой контрастирования является сильное резонансное рассеяние света золотыми оболочками на длине волны излучения томографа, которое на несколько порядков превышает рассеяние от биотканей.

7) В рамках развития общей идеологии исследования структуры наночастиц методами светорассеяния, разработан и экспериментально апробирован универсальный подход для определения среднего размера и толщины оболочки липосом и оценки структуры частиц нерастворимых иммунных комплексов на основе комбинирования измерений волнового экспонента, удельной мутности и данных динамического рассеяния света. Построены калибровочные зависимости волнового экспонента от среднего радиуса частиц и удельной мутности от волнового экспонента с использованием решения Ми для полидисперсных однослойных и двухслойных сфер с учетом спектральной зависимости показателей преломления оболочки и среды. Выполнена экспериментальная апробация метода с использованием липосом, полученных из яичного лецитина ультразвуковой обработкой суспензии и фильтрацией через мембранные фильтры. Проведена экспериментальная апробация метода на 2 системах: ЛПБК капсулы бактерий А. ЬгаяИете Эр245 + анти-ЛПБК и Ы^в + анти-Ы^О. Показано, что доля биополимеров, входящих в состав частиц иммунопреципитата, составляет около 30 %.

8) Синтезированы и охарактеризованы коллоидные золотые наночастицы различного размера (10-50 нм), золотые наностержни в различных растворителях и золотые нанооболочки с дополнительным покрытием оксидом кремния. Эти частицы использованы в ряде совместных проектов с другими исследователями, включая: создание полиэлектролитных микрокапсул со встроенными наночастицами в составе оболочки, композитные ЖК-ячейки с наностержнями, эксперименты по визуалзиции и характеристике оптического захвата наночастиц и броуновского движения, фототермические спекание имплантов и анализ антимикробной активности смесей золотых наночастиц и антибиотиков.

Заключение и выводы по диссертации

Результаты обзора и собственных исследований, представленные в данной работе, убедительно показывают, что золотые наночастицы с настраиваемым плазмонным резонансом будут широко использоваться в современной нанобиотехнологии в качестве меток резонансного рассеяния, фототермических преобразователей лазерного излучения, носителей антигенов, датчиков биосенсоров и для других перспективных приложений в биофотонике и биомедицине. Настройка каталитических, оптических и фототермических свойств наночастиц достигается несколькими способами, включая изменение размера, формы и структуры частиц или комбинацию этих способов.

Практически все поставленные задачи в диссертационной работе выполнены, конечно, с разной степенью полноты. Мы надеемся все же, что основная цель работы - оптимизация технологий применения наночастиц с ПР, - достигнута за счет отработки методик синтеза образцов с заданными свойствами, технологий функционализации их поверхности требуемыми лигандами, экспериментального и теоретического исследования^ индивидуальных и коллективных оптических свойств частиц, конъюгатов и кластеров. Кроме того, в процессе выполнения работы были реализованы несколько совместных проектов с другими исследователями по биомедицинским и биофизическим применениям полученных частиц.

Таким образом, основные результаты и выводы данной диссертации можно сформулировать следующим образом:

1. Предложена многослойная модель биоконъюгатов наночастиц коллоидного золота и золотых нанооболочек для описания изменения оптических свойств при адсорбции молекул-зондов (синтез конъюгата) и их взаимодействии с молекулами-мишенями. Показано, что основные спектральные изменения происходят при формировании первичной 5нм биополимерной оболочки и установлен универсальный характер зависимости спектрального сдвига плазмонного резонанса от объемной

407 доли оболочки. Обнаружены области оптимальных размеров золотых наночастиц с максимальным оптическим откликом на присоединение к конъюгату молекул-мишеней. При отношении радиуса ядра к толщине золотых нанооболочек 0.2-0.4 изменения их спектров больше, чем для эквиобъемных частиц коллоидного золота.

2. Экспериментально исследована адсорбция 1§0, трипсина и желатина на 18-нм и 34-нм золотых частицах с использованием методов спектроскопии поглощения, статического и динамического рассеяния света. Определена толщина адсорбционного слоя: 3-5 нм для трипсина, 5-6 нм для и 15-18 нм для желатина. Для глобулярных белков согласие с экспериментальными спектрами экстинкции и рассеяния дает двухслойная модель с однородной полимерной оболочкой, а в случае желатина — неоднородная модель адсорбции.

3. Экспериментально измерен спектр деполяризации суспензии золотых наностержней, получено максимальное значение деполяризации около 50% и подтвержден теоретический вывод о возможности наблюдения значений деполяризации рассеяния линейно поляризованного света между пределами диэлектрических игл (33%) и стержней с плазмонным резонансом (75%). Ключевым фактором для экспериментального наблюдения ' высоких значений деполяризации является очистка препарата наностержней от побочных наночастиц. Экспериментально показана корреляция между сдвигом плазмонного резонанса экстинкции и положением максимума деполяризации.

4. Исследованы мультипольные плазмонные резонансы в золотых наностержнях и их зависимость от размера, осевого отношения и ориентации по отношению к направлению и поляризации возбуждающего света. Предложена схема спектрального картирования мультипольных резонансов при увеличении осевого отношения частицы и сформулировано правило вкладов: резонанс с номером п является суммой мультипольных вкладов с номерами 1>п соответствующей четности. Показано • выполнение линейных соотношений между длиной волны» резонанса и осевым отношением, деленным на номер резонанса, а также между спектральным сдвигом и инкрементом показателя преломления внешней среды.

5. Экспериментально получены и охарактеризованы методами спектроскопии поглощения и рассеяния, электронной микроскопии и энерго-дисперсионной рентгеновской спектроскопии стабильные образцы золотых наностержней с контролируемой толщиной серебряной нанооболочки от 0 до 4 нм и тонкой контролируемой: настройкой плазменного резонанса от 900 до 550 нм с точностью до 10 нм. Разработан? метод оценки толщины серебряной; нанооболочки стержней типа Au/Ag. по относительному спектральному сдвигу резонансов.

6: Усовершенствована технология получения золотых нанооболочек за счет включения, этапа определения концентрации силикатных ядер и целевых наночастиц по измерениям спектров экстинкции. Экспериментально и теоретически исследовано влияния« степени полидисперсности толщины оболочки^и ограничения длины свободного5 пробега электронов (размерный эффект) на спектры резонансного, рассеяния: суспензий. Для: тонких оболочек; основное уширение дает размерный эффект, а для толстых — полидисперсность. Оба вклада увеличиваются с увеличением отношения радиуса ядра, к толщине золотой оболочки. Размерный эффект приводит к одинаковому уширению спектров металлических нанооболочек и. трехслойных металло-диэлектрических структур.

7. Выполнен комплексный анализ оптического усиления поглощения для* развития нанотехнологии фототермальной лазерной терапии. Исследованы оптические свойства единичных золотых наносфер,. наностержней, нанооболочек, а также 1, 2 и 3D агрегатов сферических, частиц с учетом согласования настройки трех важнейших параметров: максимума резонансного поглощения частиц, длины волны лазерного излучения и области оптической прозрачности биотканей (около 800 нм). Наиболее эффективными одночастичными структурами являются наностержни с толщиной 15-20 и длиной 50-70 нм или золотые оболочки с диаметром ядра 50-100 нм и толщиной оболочки 5-10 нм. Основными параметрами, влияющими на поглощение кластера, являются относительное межчастичное расстояние в кластере и наличие в его структуре фрагментов линейных цепочек.

Исследованы коллективные плазмонные резонансы золотых и серебряных бисфер и показано, что дипольное приближение некорректно описывает спектр взаимодействующих частиц. При решении системы связанных Т-матричных уравнений необходим учет высоких мультипольных мод, хотя! сами оптические характеристики взаимодействующих частиц определяются первыми тремя-четырьмя мультипольными вкладами.

Исследованы коллективные оптические свойства монослоя золотых нанооболочек с дипольным и квадрупольным плазмонными резонансами. Показано, что эффективное подавление дипольной полосы экстинкции связано с подавлением полосы рассеяния, а не поглощения; и является общим физическим свойством плотноупакованных ' монослоев наночастиц.

8. С использованием модифицированного протокола синтеза получены и охарактеризованы методами спектроскопии поглощения, рассеяния и электронной микроскопии серебряные нанокубики и золотые наноклетки с размерами 40-50 нм и плазмонным резонансом около 800 нм. Показано, что наноклетки обладают более высокой эффективностью преобразования света в тепло при равной концентрации металла по сравнению с наностержнями и нанооболочками и перспективны в качестве синих и красных меток при визуализации биоструктур.

9. Предложено в качестве универсального биомаркера использовать ПЭГ-покрытые или биоспецифически функционализованные частицы, состоящие из силикатного ядра со средним диаметром 120 нм и толщиной золотой оболочки 15-20 нм. Эти маркеры нашли применение в дот-иммуноанализе, фототермолизе, биоимиджинге и оптической томографии. Показана деструкция нанооболочек мощными 4-нс импульсами лазера (900-1064 нм), сопровождаемая изменением спектра экстинкции, образованием 5-30 нм частиц КЗ и формированием парового пузырька со временем жизни до 5 мкс. Теоретически и экспериментально показана, возможность увеличения чувствительности твердофазного дот-иммуноанализа на два порядка, за счет замены» наночастиц коллоидного золота на золотые нанооболочки.

10. Синтезированные наночастицы были использованы в исследованиях i размерных эффектов циркуляции и биораспределения, динамики нагрева частиц в экспериментах in vitro и in vivo, в комплексном анализе контрастирования ОКТ-изображений кожи, в разработках количественного метода оценки эффективности мечения клеток, технологии лазерного спекания имплантов, создания, полиэлектролитных микрокапсул с оптически управляемыми параметрами, нанокомпозитных ЖК-ячеек, методик микроскопической характеристики оптического захвата наночастиц и их броуновского движения, методик анализа антимикробной активности смесей золотых наночастиц и антибиотиков.

11. В' рамках развития общей идеологии исследования структуры наночастиц методами светорассеяния, разработан и экспериментально апробирован универсальный подход для определения среднего размера и толщины оболочки липосом и оценки структуры частиц нерастворимых иммунных комплексов на основе комбинирования измерений волнового экспонента, удельной мутности и данных динамического рассеяния света.

Библиография Диссертация по биологии, доктора физико-математических наук, Хлебцов, Борис Николаевич, Саратов

1. Хлебцов Н.Г., Богатырев B.A., Дыкман Л.А., Хлебдов Б.Н. Золотые наноструктуры с плазмонным резонансом для биомедицинских исследований // Российские нанотехнологии. 2007. — Т. 2, № 3-4. — С. 69-86.

2. Климов В.В. Наноплазмоника.М.: Физматлит, 2009.-480 с.

3. Stuart D.A., Haes A.J., Yonzon C.R., Hicks E.M., Van Duyne R.P. Biological applications of localized surface plasmonic phenomenae // IEE Proc. Nanobiotechnol. — 2005. — V. 152, № l.-P. 13-32.

4. Wei A. Designing plasmonic nanomaterials as sensors of biochemical transport // e-J. Surf. Sci. Nanotech. 2006. - V. 4. - P. 9-18.

5. Stewart M.E., Anderton C.R., Thompson L.B., Maria J., Gray S.K., Rogers J.A., Nuzzo R.G. Nanostructured plasmonic sensors // Chem. Rev. 2008. -V. 108.-P. 494-521.

6. Rosi N.L., Mirkin C.A. Nanostructures in biodiagnostics // Chem. Rev. 2005. -V. 105.-P. 1547-1562.

7. Kumar S., Harrison N., Richards—Kortum R., Sokolov K. Plasmonic nanoparticles with affinity and delivery functionalities for imaging intracellular biomarkers in live cells: actin in cultured fibroblasts // Nano Lett. — 2007. — V. 7, №5.-P. 1338-1343.

8. El-Sayed I.H., Huang X., El-Sayed M.A. Surface plasmon resonance scattering and absorption of anti-EGFR antibody conjugated gold nanoparticles in cancer diagnostics: applications in oral cancer // Nano Lett. 2005. - V. 5. — P. 829834.

9. Loo C., Hirsch L., Lee M., Chang E., West J., Halas N., Drezek R. Goldnanoshell bioconjugates for molecular imaging in living cells // Optics Letters. 2005. - V. 30. - P. 1012-1014.

10. Paciotti G.F., Kingston D.G.I., Tamarkin L. Colloidal gold nanoparticles: a novel nanoparticle platform for developing multifunctional tumor-targeted drug delivery vectors // Drug Devel. Res. 2006. - V. 67. - P. 47-54.

11. Дыкман Л.А., Богатырев B.A. Наночастицы золота: получение, функционализация, использование в биохимии и иммунохимии // Успехи химии. 2007. - Т. 76, № 2. - С. 199-213.

12. Huang X., El-Sayed I.H., Qian W., El-Sayed M.A. Cancer cell imaging and photothermal therapy in the near-infrared region by using gold nanorods // J. Am. Chem. Soc. -2006. V. 128. - P. 2115-2120.

13. Pissuwan D., Valenzuela S.M., Cortie M.B. Therapeutic possibilities of plasmonically heated gold nanoparticles // Trends Biotechnol. 2006. - V. 24.-P. 62-67.

14. Jain P.K., El-Sayed I.H., El-Sayed M.A. Au nanoparticles target cancer // Nano Today. 2007. - V.2. - P. 18-29.

15. Khlebtsov B.N., Melnikov A.G., Zharov V.P., Khlebtsov N.G. Absorption andscattering of light by a dimer of metal nanospheres: Comparison of dipole and multipole approaches // Nanotechnology. 2006. - V. 17. - P. 1437-1445.

16. Kreibig U., Volmer M. Optical properties of metal clusters. Berlin: Springer-Verlag, 1995. - 532 p.

17. Glomm W.R. Functionalized gold nanoparticles for applications in bionanotechnology // J. Disp. Sci. Tech. 2005. - V. 26. - P. 389-414.

18. Schultz D.A. Plasmon resonant particles for biological detection // Curr. Opin. Biotechnol. 2003. - V. 14. - P. 13-22.

19. Cang H., Sun Т., Li Z-Y., Chen J., Wiley В J., Xia Y. Gold nanocages as contrast agents for spectroscopic optical coherence tomography // Opt. Lett. — 2005. V. 30. - P. 3048-3050.

20. Zharov V., Galitovsky V., Viegas M. Photothermal detection of local thermal413effects during selective nanophotothermolysis I I Appl. Phys. Lett. 2003. 1. V. 83.-P. 4897-4899.i

21. Hirsch L.R., Stafford R.J., Bankson J.A., Sershen S.R., Rivera B., Price R.E., Hazle J.D., Halas N.J., West J.L. Nanoshell-mediated near-infrared thermal therapy of tumors under magnetic resonance guidance // PNAS. 2003. - V. 23.-P. 13549-54.

22. Liao H., Nehl C.L., Haftier J.H. Biomedical applications of plasmon resonant metal nanoparticles // Nanomedicine. 2006. -V. 1. - P. 201-208.

23. Khlebtsov N.G., Maksimova I.L., Tuchin V.V., Wang L. Introduction to light scattering by biological objects // in: handbook of optical biomedical diagnostics / V.V. Tuchin,~Ed., SPIE: Bellingham, Washington. 2002, Ch. 1.-P. 31-167.

24. Noguez C J. Surface plasmons on metal nanoparticles: the influence of shapeand physical environment // J. Phys. Chem. C. 2007. - V. 111. - P. 38063819.

25. Hayat M.A. (Ed.). Colloidal gold: principles, methods and applications. San't

26. Diego: Academic Press. V. 1 and 2. - 1989. - V.3. - 1991.

27. Daniel M.-Ch., Astruc D. Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology // Chem.Rev. 2004 - V. 104. - P. 293-346.

28. Xia Y., Halas N.J. Shape-controlled synthesis and surface plasmonic properties of metallic nanostructures // MRS Bulletin. 2005. - V. 30. - P. 338-344.

29. Chang S.-S., Shih C.-W., Chen C.-D., Lai W.-C., Wang C.R.Ch. The shape transition of gold nanorods // Langmuir. 1999. - V. 15. - P. 701-709.

30. Link S., El-Sayed M.A. Spectral properties and relaxation dynamics of surface plasmon electronic oscillations in gold and silver nanodots and nanorods // J. Phys. Chem. B. 1999. - V.103. - P. 8410-8426.

31. Jana N.R., Gearheart L., Murphy C.J. Seed-mediated growth approach for shape-controlled synthesis of spheroidal and rodlike gold nanoparticles using a surfactant template // Adv. Mater. 2001. - V. 13. - P. 1389-1393.

32. Nikoobakht В., El-Sayed M.A. Preparation and growth mechanism of gold nanorods (NRs) using seed-mediated growth method // Chem. Mater. — 2003. -V.15.-P. 1957-1962.

33. Pérez-Juste J., Pastoriza—Santos I., Liz-Marzán L.M., Mulvaney P. Gold nanorods: Synthesis, characterization and applications // Coordination Chem. Rev.-2005.-V. 249.-P. 1870-1879.

34. Murphy C.J., Sau Т.К., Gole A.M., Orendorff C.J., Gao J., Gou L., Hunyadi S.E., Li T. Anisotropic Metal Nanoparticles: Synthesis, Assembly, and Optical Applications // Phys. Chem. B. 2005. -V. 109. - P. 13857-13870.

35. Liz-Marzán L.M. Tailoring surface plasmons through the morphology and assembly of metal nanoparticles // Langmuir. — 2006. — V. 22. — P. 22—32.

36. Алексеева A.B., Богатырев В.А., Хлебцов Б.Н., Мельников А.Г., Дыкман JI.A., Хлебцов Н.Г. Золотые наностержни: Синтез и оптические свойства

37. Коллоидный журнал. 2006. - Т. 68, № 6. - С. 661-678.

38. Oldenburg S., Averitt R.D., Westcott S., Halas N.J. Nanoengineering of optical resonances // Chem. Phys. Lett. 1998. - V. 288. - P. 243-247.

39. Sun Y., Xia Y. Gold and silver nanoparticles: A class of chromophores with colors tunable in the range from 400 to 750 nm // Analyst. 2003. - V. 128. -P. 686-691.

40. West J.L., Halas N.J. Engineered nanomaterials for biophotonics applications: improving sensing, imaging, and therapeutics // Annu. Rev. Biomed. Eng. -2006.-V. 6.-P. 285-292.

41. Hirsch L.R., Gobin A.M., Lowery A.R., Tam F., Drezek R., Halas N.J., West J.L. Metal nanoshells // Annals. Biomed. Eng. 2006. - V. 34. - P. 15-22.

42. Nehl C.L., Liao H., Hafher J.H. Optical properties of star-shaped gold nanoparticles // Nano Lett. 2006. - V. 6. - P. 683-688.

43. Ramakrishna G., Dai Q., Zou J., Huo Q., Goodson Т. III. Interparticle electromagnetic coupling in assembled gold-necklace nanoparticles // J. Am. Chem. Soc. 2007. - V. 129. - P. 1848-1849.

44. KhlebtsovN. G., TrachukL. A., Melnikov A. G. Plasmon resonances of silverandsgold nanorods //Proc. SPIE. 2004. - V. 5475. - P. 1-11.

45. Хяебцов Н.Г., Трачук Л.А., Мельников А.Г. Новый спектральныйiрезонанс металлических наностержней // Оптика и спектроскопия. — 2004. Т. 97, № 1. - С. 97-99.

46. Millstone J.E., Park S., Shuford K.L., Qin L., Schatz G.C., Mirkin C.A. Observation of a quadrupole plasmon mode for a colloidal solution of gold nanoprisms //J. Am. Chem. Soc. 2005. - V. 127. - P. 5312-5313.

47. Хлебцов Н.Г. Приближенный метод вычисления рассеяния и поглощения света фрактальными кластерами // Оптика и спектроскопия. , 2000. - Т. 88, № 4. - С. 594-601.

48. Wei A. In: Nanoparticles: Building Blocks for Nanotechnology. New York: Kluwer/Plenum Publ., 2004. - P. 173-200.

49. Markel V.A. Coupled-dipole approach to scattering of light from a one-dimensional periodic dipole structure // J. Mod. Opt. 1993. - V. 40. - Pi 2281-2291.

50. Tamaru H., Kuwata H., Miyazaki H.T., Miyano K. Resonant light scattering from individual Ag nanoparticles and particle pairs // Appl. Phys. Lett. -2002.-V. 80:-P. 1826-1831.

51. Su K.-H., Wei Q.-H., Zhang X., Mock J.J., Smith D.R., Schultz S. Interparticle coupling effects on plasmon resonances of nanogold particles // Nano Lett. 2003. - V. 3. - P. 1087-1090.

52. Wei Q.-H., Su K.-H., Durant S., Zhang X. Plasmon resonance of finite, one-dimensional au nanoparticle chains // Nano Lett. 2003. - V. 4. - P. 10671071.

53. Jain P.K., Eustis S., El-Sayed M.A. Plasmon coupling in nanorod assemblies: optical absorption, discrete dipole approximation simulation, and exciton-coupling model// J. Phys. Chem. B- 2006.-V. 110.-P. 18243-18253.

54. Zou S., Janel N., Schatz G.C. Silver nanoparticle array structures that produce remarkably narrow plasmon lineshapes // J. Chem. Phys. — 2004. V. 120. — • P. 10871-10875.

55. Markel V.A. Comment on "Silver nanoparticle array structures that produce remarkably narrow plasmon line shapes" // J. Chem. Phys. 2005. - V. 122 -P. 097101-3.

56. Zou S., Schatz G.C. Response to "Comment on "Silver nanoparticle array structures that produce remarkable narrow plasmon line shapes' " J. Chem. Phys. 120,10871 (2004). // J. Chem. Phys. 2005. - V. 122 - P. 097102-3.417

57. Markel V.A. Divergence of dipole sums and the nature of non-Lorentzian exponentially narrow resonances in one-dimensional periodic arrays of nanospheres // J. Phys. B. 2005. - V. 38. - P. L115-L121.

58. Lamprecht В., Schider G., Lechner R.T., Ditlbacher H., Krenn J.R., Leitner A., Aussenegg F.R. Metal nanoparticle gratings: influence of dipolar particle interaction on the plasmon resonance // Phys. Rev. Lett. 2000. - V. 84. — P. 4721-4724.

59. Zhao L.L., Kelly K.L., Schatz G.C. The extinction spectra of silver nanoparticle arrays: influence of array structure on plasmon resonancewavelength and width // J. Phys. Chem. B. 2003. - V. 107. - P. 7343-7350:

60. Haynes C.L., McFarland A.D., Zhao L.L., Schatz G.C., Van, Duyne R.P.,

61. Gunnarsson L., Prikulis J., Kasemo В., Kali M. Nanoparticle optics: the importance of radiative dipole coupling in two-dimensional nanoparticle arrays // J. Phys. Chem. B. 2003. - V. 107. - P. 7337-7342.

62. Genov D.A., Sarychev A.K., Shalaev V.M., Wei A. Resonant field enhancements from metal nanoparticle arrays // Nano Lett. 2004. - V. 4. — P. 153-158.

63. Bouhelier A., Bachelot R., Im J.S., Wiederrecht G.P., Lerondel G., Kostcheev

64. S., Royer P. Electromagnetic interactions in plasmonic nanoparticle arrays// J. Phys. Chem. B. -2005. V. 109. - P. 3195-3198.

65. Podolskiy V.A, Sarychev A.K, Narimanov E.E, Shalaev V.M. Resonant light interactions with plasmonic nanowire system // J. Opt. A. 2005. - V. 7. - P. S32-S37.

66. Chumanov G., Sokolov K., Cotton T.M. Unusual extinction spectra of nanometer-sized silver particles arranged in two-dimensional arrays // J. Phys. Chem. 1996. - V. 100, № 13. - P. 5166-5168.

67. Хлебцов Б.Н., Ханадеев B.A., Хлебцов Н.Г. Коллективные плазмонные резонансы в монослое металлических наночастиц и нанооболочек // Оптика и спектроскопия. 2008. - Т. 104, №2. - С.324-337.

68. Mackowski D.W. Exact solution for the scattering and absorption properties of sphere clusters on a plane surface // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. -2008. V. 109.-P. 770-788.

69. Khlebtsov B.N., Khanadeyev V.A., Jian Y., Mackowski D.W., Borghs G., Khlebtsov N.G. Coupled plasmon resonances in monolayers of metal nanoparticles and nanoshells // Phys. Rev. B.- 2008. V. 77. - P. 035440035454.

70. Francoeur M., Venkata P.G., Mengüc M.P. Sensitivity analysis for characterization of gold1 nanoparticles and agglomerates via surface plasmon scattering patterns // J. Quant. Spectr. Radiat. Transf. 2007. - V. 106. - P. 44-55.

71. Enoch S., Quidant R., Badenes G. Optical sensing based on plasmon coupling in nanoparticle arrays // Opt. Express. 2004. - V. 12. - P. 3422-3427.

72. Chang S.-H., Gray S.K., Schatz G. Surface plasmon generation and light transmission by isolated nanoholes and arrays of nanoholes in thin metal films // Opt. Express. 2005. - V. 13. - P. 3150-3162.

73. Park T., Mirin N., Lassiter J. B., Nehl C. L., Halas N. J., Nordlander P. Optical properties of a nanosized hole in a thin metallic film // ACS Nano. -2008.-V. 2.-P. 25-32.

74. Klimov V.V., Guzatov D.V. Strongly localized plasmon oscillations in a cluster of two metallic nanospheres and their influence on spontaneous emission of an atom // Phys. Rev. B. 2007. - V. 75. - P. 024303-024310.

75. Klimov V.V., Guzatov D.V. Optical properties of an atom in the presence of a two-nanosphere cluster // Quantum Electron. 2007. - V. 37. — P. 209-230.

76. Markel V.A., Shalaev V.M., Stechel E.B., Kim W., Armstrong R.L. Small-particle composites. I. Linear optical properties // Phys. Rev. B. -1996. V. 53.-P. 2425-2436.

77. Khlebtsov N.G., Dykman L.A., Krasnov Ya.M., Mel'nikov A.G. Light absorption by the clusters of colloidal gold and silver particles formed during419slow and fast aggregation // Colloid J. 2000. - V. 62, № 6. - P. 765-779.

78. Lazarides A.A., Schatz G.C. DNA-linked metal nanosphere materials: Structural basis for the optical properties // J. Phys. Chem. B. — 2000. V. 104.-P. 460-467.

79. Storhoff J.J., Lazarides A.A., Mucic R.C., Mirkin C.A., Letsinger R.L., Schatz G.C. What controls the optical properties of DNA-linked gold nanoparticle assemblies? // J. Am. Chem. Soc. 2000. - V. 122. - P. 4640-4650.

80. Leuvering J.H.W., Thai P J.H.M., van der Waart M., Schuurs A.H.W.M. Sol particle immunoassay (SPIA) // J. Immunoassay. 1980. -V. l.-P. 77-91.

81. Stoscheck C.M. Quantitation of protein // Meth. Enzymol. 1990. - V. 182. -P. 50-68.

82. Mann S., Shenton W., Li M., Connolly S., Fitzmaurice D. Biologically programmed nanoparticle assembly // Adv. Mater. 2000. - V. 12. - P. 147150.

83. Thanh N.T.K., Rosenzweig Z. Development of an aggregation-based immunoassay for anti-protein a using gold nanoparticles // Anal. Chem. — 2002.-V. 74.-P. 1624-1628.

84. Dykman L.A., Bogatyrev V.A., Khlebtsov B.N., Khlebtsov N.G. A protein assay based on colloidal gold conjugates with trypsin // Anal. Biochem. — 2005.-V. 341.-P. 16-21.

85. Otsuka H., Akiyama Y., Nagasaki Y., Kataoka K. Quantitative and reversible lectin-induced association of gold nanoparticles modified with a-lactosyl-co-mercapto-poly(ethylene glycol) // J. Am. Chem. Soc. 2001. — V. 123. - P. 8226-8230.

86. Mirkin C.A., Letsinger R.L., Mucic R.C., Storhoff JJ. A DNA-based method420for rationally assembling nanoparticles into macroscopic materials // Nature. 1996.-V. 382.-P. 607-609:

87. Zharov V.P., Letfullin R.R., Galitovskaya E. Microbubbles-overlapping mode for laser killing of cancer cells with absorbing nanoparticle clusters // J. Phys. D: Appl. Phys. -2005. V. 38. -P. 2571-2581.

88. Karpov S.V., Gerasimov V.S., Isaev I.L., Markel V.A. Local anisotropy and giant enhancement of local electromagnetic fields in fractal aggregates of metal nanoparticles // Phys. Rev. B. 2005. - V. 72. - P. 205425-205433.

89. Карпов C.B., Герасимов C.B., Исаев И.Л., Подавалова О.П., Слабко В.В. Происхождение аномального усиления электромагнитных полей во фрактальных агрегатах металлических наночастиц // Коллоидный журнал. 2007. - Т.69. - С. 178-189.

90. Карпов С.В., Герасимов С.В., Грачев А.С., Исаев И.Л., Подавалова О.П., Слабко В.В. Экспериментальные проявления взаимосвязи локальной структуры агрегатов наночастиц, серебра и их спектров поглощения // Коллоидный журнал. 2007. - Т.69. - С. 190-200.

91. Zhang F.X., Han Li, Israel L.B., Daras J.G., Maye M.M., Ly N.K., Zhong G.-J. Colorimetric detection of thiol-containing amino acids using gold nanoparticles // Analyst. 2002. - V. 127. - P: 462-465.

92. Liao J., Zhang Y., Yu W., Xu L., Ge C., Liu J., Gu N. Linear aggregation of gold nanoparticles in ethanol // Colloids Surf. A. 2003. V. 223. P. 177-183.

93. Yang Y., Matsubara Sh., Nogarni M., Shi J., Huang W. One-dimensional selfassembly of gold nanoparticles for tunable surface plasmon resonance properties //Nanotechnology. 2006. - V. 17. - P. 2821-2827.

94. Карпов C.B., Слабко В.В. Оптические и фотофизические свойства фрактально-структурированных золей металлов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2003.-265 с.

95. Chang J.-Y., Wu Н., Chen Н., Ling Y.-C., Tan W. Oriented assembly of Au nanorods using biorecognition system // Chem. Commun. — 2005. — V. 8. — P.4211092-1094.

96. Краснов Я.М: Исследование агрегации наночастиц коллоидного золота и их конъюгатов с биополимерами: Дисс. . канд. хим. наук. — Саратов, 2003.-126 с.

97. Feldheim D.L., Foss С.A. Metal nanoparticles: synthesis, characterization, & applications. N-Y.: Marcel Dekker, 2001. - 360 p.

98. Faulk W., Taylor G. An immunocolloid method for the electron microscope // Immunochemistry. 1971. - V. 8. - P. 1081-1083.

99. Hermann R., Walther P., Müller M. Immunogold labeling in scanning electron microscopy // Histochem. Cell Biol. 1996. - V. 106. - V. 31-39.

100. Horisberger M. Colloidal gold and its application in cell biology // Int. Rev. Cytol. 19921 - V. 136. - P. 227-287.

101. Рехтер М.Д., Миронов A.A. Коллоидное золото в электронной микроскопии // Успехи современной биологии. 1990. - Т. 109. - С. 467480.

102. Khlebtsov N.G., Bogatyrev V.A., Dykman L.A., Krasnov Ya.M., Melnikov A.G. Optical properties of colloidal-gold bioconjugates // Applied Nonlinear Dynamics. 2002. - V. 10. - P. 172-187.

103. Khlebtsov N.G., Bogatyrev V.A., Dykman L.A., Melnikov A.G. Spectral extinction of colloidal gold and its biospecific conjugates // J. Colloid Interface Sei. 1996. - V. 180. - P. 436-445.

104. Rayleigh D.W. On the light from the sky, its polarization and color // Phil. Mag. S. 5. 1871. -V. 41. - P. 107-120; - P. 274-279.

105. Mie G. Beiträge zur Optik trüber Medien, speziell kolloidaler Metallösungen // Ann. Phys. 1908. - V. 25. - P. 377-445.

106. Khlebtsov B.N., Khlebtsov N.G. Biosensing potential of silica/gold nanoshells: Sensitivity of plasmon resonance to the local dielectric environment // J. Quant. Spectr. Radiat. Transfer. 2007. - V. 106. - P. 154169.

107. Mishchenko M.I., Travis L.D., Lacis A.A. Scattering, absorption, and emission of light by small particles. Cambridge: University Press, 2002.

108. Khlebtsov N.G., Mel'nikov A.G., Bogatyrev V.A., Dykman L.A., Alekseeva A.V., Trachuk L.A., Khlebtsov B.N. Can the light scattering depolarization ratio of small particles be greater than 1/3? // J. Phys. Chem. B. 2005. -V.109.-P. 13578-13584.

109. Kelly L., Coronado E., Zhao L.L., Schatz G.C. The optical properties of metal nanoparticles: The influence of size, shape, and dielectric environment // J. Phys. Chem. B. 2003. - V. 107. - P. 668-677.

110. Voshchinnikov N.V., Farafonov V.G. Optical properties of spheroidal particles // Astrophys. Space Sci. 1993. - V. 204. - P. 19-86.

111. Xu Y.-L. Electromagnetic scattering by an aggregate of spheres // Appl. Opt. 1995.- V. 34. - P. 4573-4588.

112. Xu Y.-L., Khlebtsov N.G.Orientation-averaged cross sections of an aggregate of particles // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2003. - V. 79-80.-P 1121-1137.

113. Brioude A., Jiang X. C., Pileni M. P. Optical properties of gold nanorods: DDA simulations supported by experiments // J. Phys. Chem. B. -2005. V. 109.-P. 13138-13142.

114. Taflove A., Hagness S.C. Advances in computational electrodynamics: the finite-difference time-domain method. Boston: Artech House, 2005. -4741. P

115. Дыкман Jl.А., Богатырев В.А., Хлебцов Н.Г., Щеголев С.Ю. Золотые наночастицы: Синтез, оптические свойства, биомедицинское применение. Москва: Наука, 2008. — 318 с.

116. Ролдугин В.И. Квантоворазмерные металлические коллоидные системы // Успехи химии. 2000. - Т. 69. - С. 899-923.

117. Roth J. The colloidal gold marker systems for light and electron microscopic cytochemistry // In: Techniques in immunocytochemistry / Ed. by Bullock G.R., Petrusz P. London: Acad. Press, 1983. - V. 2. - P. 217-284.

118. Handley D.A. Methods for synthesis of colloidal gold // In: Colloidal gold: principles, methods and applications / Ed. Hayat M.A. San Diego: Academic Press, 1989. - V. 1. - P. 13-32.

119. Turkevich J., Stevenson P.C., Hillier J. A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold // Discuss. Faraday Soc. 1951. -V. 11.-P. 55-75.i

120. Stathis E.C., Fabricanos A.' Preparation of colloidal gold // Chem. Ind. (London) 1958. - V. 27. - P. 860-861.

121. Birrel G.B., Hedberg K.K. Immunogold labeling with small gold particles: Silver enhancement provides increased detectability at low magnifications // J. Electron Microsc. Tech. 1987. - V. 5. - P. 219-220.f

122. DiScipio R.G. Preparation of colloidal gold particles of various sizes using sodium borohydride and sodium cyanoborohydride // Anal. Biochem. 1996. -V. 236.-P. 168-170.

123. Mühlpfordt H. The preparation of colloidal gold particles using tannic acid as an additional reducing agent // Experientia.,- 1982. V. 38. - P. 1127-1128.

124. Slot J.W., Geuze H.J. A new method of preparing gold probes for multiple-labeling cytochemistry // Eur. J. Cell Biol. 1985. - V. 38. - P. 87-93. 1

125. Baschong W., Lucocq J.M., Roth J. "Thiocyanate gold": Small. (2-3 nm) colloidal gold for affinity cytochemical labeling in electron microscopy // Histochemistry. 1985. - V. 83. - P. 409-411.

126. Thomas J.M. Colloidal metals: Past, present and future // Pure Appl. Chem. -1988.-V. 60.-P. 1517-1518.

127. Brown K.R., Natan M.J. Hydroxylamine seeding of colloidal Au nanoparticles in solution and on surfaces // Langmuir. 1998. - V. 14. - P. 726-728.

128. Brown K.R., Walter D.G., Natan M.J. Seeding of colloidal Au nanoparticles solutions. 2. Improved control of particle size and shape // Chem. Mater. -2000.-V. 12.-P. 306-313.

129. Jana N.R., Gearheart L., Murphy C.Ji Seeding growth for size control* of 540 nm diameter gold nanoparticles // Langmuir. 2001. - V. 17. - P.' 67826786.

130. Wilcoxon J.P., Provencio P.P. Heterogeneous growth of metal clusters from5?solutions of seed nanoparticles // J. Am. Chem. Soc. 2004. - V. 126. - P. 6402-6408.

131. Hirai Hi, Aizawa H. Preparation of stable dispersions of colloidal gold in hexanes by phase transfer // J. Colloid Interface Sci. -1993. V. 161. - P. 471-474.

132. Green M., O'Brien P. A simple one phase preparation of organically capped gold nanocrystals // Chem. Commun. 2000. - № 3. - P. 183-184.

133. Giersig M., Mulvaney P. Preparation of ordered colloid monolayers by electrophoretic deposition // Langmuir. 1993. - V. 9. - P. 3408-3413.

134. Brust M., Walker D., Bethell D., Schiffrin D.J., Whyman R. Synthesis of thiol-derivatised gold nanoparticles in a two-phase liquid-liquid system // J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994. - № 7. - P. 801-802.

135. Brust M., Kiely C.J. Some recent advances in nanostructure preparation from gold and silver particles: A short topical review // Colloids Surf. A. 2002. -V. 202.-P. 175-186.

136. Dutta J., Hofmann H. Self-organization of colloidal nanoparticles // In: Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology / Ed. Nalwa H.S. N-Y.: American Scientific Publishers, 2003. - V. 10. - P. 1-23.

137. McPartlin M., Mason R., Malatesta L. Novel cluster complexes of gold(0)-gold(l) // J. Chem. Soc. D, Chem. Commun. 1969. - № 7. - P. 334-335.

138. Bartlett P.A., Bauer B., Singer S.J. Synthesis of water-soluble undecagold cluster compounds of potential importance in electron microscopic and other studies of biological systems // J. Am. Chem. Soc. 1978. - V. 100. - P. 5085-5089.

139. Hainfeld J.F., Powell R.D. New frontiers in gold labeling // J. Histochem.• Cytochem. 2000. - V. 48. - P. 471-480.

140. Schaaff T.G., Whetten R.L. Giant gold glutathione cluster compounds: Intense optical activity in metal-based transitions // J. Phys. Chem. B. 2000. -V. 104.-P. 2630-2641.

141. Ackerson C.J., Jadzinsky P.D., Jensen G.J., Kornberg R.D. Rigid, specific, and discrete gold nanoparticle/antibody conjugates // J. Am. Chem. Soc. -2006. - V. 128. - P. 2635-2640.

142. Gardea-Torresdey J.L., Parsons J.G., Gomez E., Peralta-Videa J. Formation and growth of Au nanoparticles inside live alfalfa plants // Nano Lett. 2002. -Y.2.-P. 397-401.

143. Shankar C.S., Ahmad A., Pasricha R., Sastry M. Bioreduction of chloroaurate ions by geranium leaves and its endophytic fungus yields gold426nanoparticles of different shapes // J. Mater. Chem. 2003. - V. 143. - P. 1822-1826.

144. Gericke M., Pinches A. Microbial production of gold nanoparticles // Gold Bull. 2006. - V. 39. - P. 22-28.

145. Anshup A., Venkataraman J.S., Subramaniam C., Kumar R.R., Priya S., Kumar T.R.S., Omkumar R.V., John A., Pradeep T. Growth of gold nanoparticles in human cells // Langmuir. 2005. - V. 21. - P. 11562-11567.

146. Yeung S.A., Hobson R., Biggs S., Grieser F. Formation of gold sols using ultrasound // J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1993. - № 4. - P. 378-379.

147. Chen W., Cai W., Zhang L., Wang G., Zhang L. Sonochemical processes and formation of gold nanoparticles within pores of mesoporous silica // J. Colloid Interface Sci. 2001. - V. 238. - P. 291-295.

148. Mandal M., Kundu S., Ghosh S.K., Pal T. UV-photoactivation technique for size and shape controlled synthesis and annealing of stable gold nanoparticles in micelle // Bull. Mater. Sci. 2002. - V. 25. - P. 509-511.

149. Niidome Y., Hon A., Sato T., Yamada S. Enormous size growth of thiol-passivated gold nanoparticles induced by near-IR laser light // Chem. Lett. -2000.-№4.-P. 310-311.

150. Gachard E., Remita H., Khatouri J., Keita B., Nadjo L., Belloni J. Radiation-induced and chemical formation of gold clusters // New J. Chem. 1998. - V. 22.-P. 1257-1265.

151. Mafime F., Kohno J.-Y., Takeda Y., Kondow T., Sawabe H. Formation of gold nanoparticles by laser ablation in aqueous solution of surfactant '// J. Phys. Chem. B. 2001. - V. 105. - P. 5114-5120.

152. Mallick K., Witcomb M.J., Scurrell M.S. Polymer-stabilized colloidal gold: A convenient method for the synthesis of nanoparticles by a UV-irradiation approach // Appl. Phys. A. 2005. - V. 80. - P. 395-398.

153. Teranishi T. Metallic colloids // In: Encyclopedia of surface and colloid science / Ed. Hubbard A. N-Y.: Marcel Dekker, 2002. - P. 3314-3327.427

154. Daniel M.C., Astruc D. Gold nanoparticles: Assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology // Chem. Rev. 2004. - V. 104. - P. 293-346.

155. Tschopp J., Podack E.R., Muller-Eberchard H.J. Ultrastructure of the membrane attack complex of complement: Detection of the tetramolecular C9-polymerizing complex C5b-8 // PNAS. 1982. - V. 79. - P. 7474-7478.

156. Turkevich J., Stevenson P.C., Hillier J. A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold // Discuss. Faraday Soc. 1951. -V. 11.-P. 55-75.

157. Stathis E.C., Fabricanos A. Preparation of colloidal gold // Chem. Ind. (London) 1958. - V. 27. - P. 860-861.

158. Жигмонди P. Коллоидная химия. Харьков, Киев: Изд-во НКСнаба УССР, 1933.-256 с.

159. Сведберг Т. Образование коллоидов. Л.: Науч. хим.-техн. изд-во, 1927. - 111 с.

160. Thomas J.M. Colloidal metals: Past, present and future // Pure Appl. Chem. -1988.-V. 60.-P. 1517-1518.

161. Brown K.R., Walter D.G., Natan M.J. Seeding of colloidal Au nanoparticles solutions. 2. Improved control of particle size and shape // Chem. Mater. -2000.-V. 12.-P. 306-313.

162. Goia D.V., Matijevic E. Tailoring the particle size of monodispersed colloidal gold // Colloids Surf. A. 1999. - V. 146. - P. 139-152.

163. Hirai H., Aizawa H. Preparation of stable dispersions of colloidal gold in hexanes by phase transfer // J. Colloid Interface Sci. 1993. - V. 161. - P. 471-474.

164. Green M., O'Brien P. A simple one phase preparation of organically capped, gold nanocrystals // Chem. Commun. 2000. - № 3. - P. 183-184.

165. Giersig M., Mulvaney P. Preparation of ordered colloid monolayers by electrophoretic deposition // Langmuir. 1993. - V. 9. - P. 3408-3413.428

166. Brust M., Walker D., Bethell D., Schiffrin D.J., Whyman R. Synthesis of thiol-derivatised gold nanoparticles in- a two-phase liquid-liquid system // J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994. - № 7. - P. 801-802.

167. Brust M., Kiely C.J. Some recent advances in nanostructure preparation from gold and silver particles: A short topical review // Colloids Surf. A. 2002. -V. 202.-P. 175-186.

168. Dutta J., Hofmann H. Self-organization of colloidal nanoparticles // In: Encyclopedia of nanoscience and nanotechnology / Ed. Nalwa H.S. N-Y.: American Scientific Publishers, 2003. - V. X. - P. 1-23.

169. Frens G. Controlled nucleation for the regulation of the particle size in monodisperse gold suspensions // Nature Phys. Sci. 1973. - V. 241. - P. 2022.

170. Хлебцов Н.Г., Богатырев' В.А., Дыкман JI.А., Мельников А.Г. Оптические свойства коллоидного золота и его конъюгатов с биоспецифическими макромолекулами // Коллоидный журнал. 1995. -Т. 57.- С. 412-423.

171. De Mey J., Moeremans М. The preparation of colloidal gold probes and their use as marker in electron microscopy // In: "Advansed Techniques in Biological Electron Microscopy" / Ed. Koehler J.K. Berlin: SpringerVerlag, 1986. - V. 3. - P. 229-271.

172. Богатырев В.А., Дыкман Л.А., Щеголев С.Ю. Способ получения биоспецифических маркеров конъюгатов коллоидного золота // Патент РФ № 2013374, 1994.

173. Duff D.G., Baiker A., Edwards P.P. A new hydrosol of gold clusters. 1. Formation and particle size variation // Langmuir. 1993. —V.9. - P. 23012309.

174. Полак Д., Ван Норден С. Введение в иммуноцитохимию: современные методы и проблемы. Москва: Мир, 1987. 74 с.

175. Hayat М.А (Ed.) Colloidal gold: principles, methods, and applications San Diego: Acad. Press, 1989.-421 p.

176. Bullock G.R., Petrusz P. (Eds.). Techniques, in Immunocytochemistry -London: Acad. Press, 1982. 256 p.

177. De Mey J., Moeremans M. The preparation of colloidal gold probes and their use as marker in electron microscopy // In: advansed techniques in biological electron microscopy / Ed. by Koehler J.K. Berlin: Springer-Verlag, 1986. -V.3.-P. 229-271.

178. Хомутовский O.A., Луцик М.Д., Передерей О.Ф. Электронная гистохимия рецепторов клеточных мембран. Киев, 1986. 168 с.

179. Albrecht R.M. Hodges G.M. Biotechnology and Bioapplications of Colloidal Gold. Chicago: Scanning Microscopy International, 1987. - 312 p.

180. Verkleij A., Leunissen J. Immunogold labelling in cell biology. Boca Raton: CRC Press, 1989. - 376 p.

181. Donbrow M (Ed.) Microcapsules and nanoparticles in medicine and pharmacy. Boca Raton: CRC Press, 1992. - 360 p.

182. Миронов А.А., Комиссарчик Я.Ю., Миронов В.А. Методы электронной микроскопии в биологии и медицине. С.-Пб.: Наука, 1994. - 400 с.

183. Beesley J.E. Colloidal gold: a new perspective for cytochemical marking. -Berlin: Springer-Verlag, 1998. 64 p/

184. Javois L.C. Immunocytochemical methods & protocols. Totowa: Humana Press, 1999.-465 p.

185. Feldheim D.L., Foss C.A. Metal nanoparticles: synthesis, characterization, & applications. N-Y.: Marcel Dekker, 2001. - 360 p.

186. Рехтер М.Д., Миронов А.А. Коллоидное золото в электронной микроскопии // Успехи современной биологии. 1990. - Т. 109. - С. 467480.195i. Tuckwell J. The uses of colloidal gold technology in biochemistry // Biochemist. 1991. - V. 13. - P. 6-7.

187. Horisberger M. Colloidal gold and its application in cell biology // Int. Rev. Cytol. 1992. - V. 136. - P. 227-287.

188. Neagu C., van der Werf K.Cb, Putman C.A.J., Kraan Y.M., de Grooth B.G., van Hulst N.F., Greve J. Analysis of immunolabeled cells by atomic force microscopy, optical microscopy, and flow cytometry // J. Struct. Biol. 1994. -V. 112.-P. 32-40.

189. Roth J. The silver anniversary of gold: 25 years of the colloidal gold marker system for immunocytochemistry and histochemistry // Histochem. Cell Biol. 1996.-V. 106.-P. 1-8.

190. Lackie P.M. Immunogold silver staining for light microscopy // Histochem. Cell Biol. 1996. - V. 106. - P. 9-17.

191. Hermann R., Walther P., Milller M. Immunogold labeling in scanning electron microscopy // Histochem. Cell Biol. 1996. - V. 106. - V. 31-39.

192. Дыкман JI.А., Богатырев В.А. Коллоидное золото в твердофазных методах анализа // Биохимия. 1997. - Т. 62. - С. 411-418.

193. Bendayan М. A review of the potential and versatility of colloidal gold cytochemical labeling for molecular morphology // Biotech. Histochem. -2000.-V. 75.-P. 203-242.

194. Pellegrino T., Kudera S., Liedl T., Javier A.M., Manna L., Parak W.J. On the development of colloidal nanoparticles towards multifunctional1 structures and their possible use for biological applications // Small. 2005. - V. 1. - P. 48-63.

195. Rosi N.L., Mirkin C.A. Nanostractures in biodiagnostics // Chem. Rev. -2005. V. 105. - P. 1547-1562.

196. Sonvico F., Duberaet C., Colombo P., Couvreur P. Metallic colloid nanotechnology, applications in diagnosis and therapeutics // Curr. Pharm. Des. 2005. - V. 11. - P. 2095-2105.

197. Martin C.R. Nanomaterials: a membrane based synthetic approach // Science. 1994.-.V. 266.-P. 1961-1966.

198. Foss C.A.Jr., Hornyak G.L., Stockert J.A., Martin C.R. Template-synthesized nanoscopic gold particles: optical spectra and the effects of particle size and shape // J. Phys. Chem. 1994. -V. 98. - P. 2963-2971.

199. Martin C.R. Membrane-based synthesis of nanomaterials // Chem. Mater. — 1996.-V. 8.-P. 1739-1746.

200. Van der Zande B.M.I., Boehmer M.R., Fokkink L.G.J., Schoenenberger C. Aqueos gold sol of rod-shape particles // J. Phys. Chem. B. — 1997. — V. 101. -P. 852-854.

201. Cepak V.M., Martin C.R. Preparation and stability of template-synthesized metal nanorod sols in organic solvents // J. Phys. Chem. B. 1998. - V. 102. -P. 1985-9990.

202. Hulteen J.C., Martin C.R. A general template-based method for the preparation of nanomaterials // J. Mater. Chem. — 1997. — V. 7. — P. 10751087.

203. Jirage K.B., Hulteen J.C., Martin C.R. Nanotubule-Based Molecular-Filtration Membranes // Science. V. 1997. - V. 278. - P. 655-658.

204. Hou Z., Abbott N.L., Stroeve P. Self-assembled monolayers on electroless gold impart ph-responsive transport of ions in porous membranes // Langmuir. V. 16. - P. 2401-2404.

205. Wirtz M., Martin C.R. Template fabricated gold nanowires and nanotubes // Adv. Mater. 2003. - V. 15. - P. 455-458.

206. Cepak V.M., Hulteen J.C., Che G., Jirage K.B., Lakshmi B.B., Fisher E.R., Martin C.R., Yoneyama H. Chemical strategies for template synthesis of composite micro and nanostructures // Chem. Mater. — 1997. — V. 9. — P. 1065-1067.

207. Sun Y., Wiley B., Li Z.-Y., Xia Y. Synthesis and optical properties of nanorattles and multiple-walled nanoshells/nanotubes made of metal alloys // J. Am. Chem. Soc. 2004. - V. 126. - P. 9399-9406.

208. Sun Y., Xia Y. Multiple-walled nanotubes made of metals // Adv. Mater. — 2004.-V. 16.-P. 264-268.

209. Yu Y.-Y., Chang S.-S., Lee C.-L., Wang C. R. C. Gold nanorods: electrochemical synthesis and optical properties II J. Phys. Chem. B. — 1997. -V. 101.-P. 6661-6664.

210. Reetz M.T., Helbig W. Size-selective synthesis of nanostructured transition metal clusters II J. Am. Chem. Soc. 1994. - V. 116. - 7401-7406.

211. Jana N., Gearheart L., Murphy C. Wet chemical synthesis of high aspect ratio cylindrical gold nanorods // J. Phys. Chem. B. 2001. — V. 105. - P. 4065-4067.

212. Busbee B.D., Obare S.O., Murphy C.J. An improved synthesis of high-aspect-ratio gold nanorods // Adv. Mater. 2003. - V. 15. - P. 15414-417.

213. Nikoobakht В., El-Sayed M.A. Evidence for bilayer assembly of cationic surfactants on the surface of gold nanorods // Langmuir. — 2001. — V. 17. P. 6368-6374.

214. Gao J., Bender C.M., Murphy С J. Dependence of the Gold Nanorod Aspect Ratio on the Nature of the Directing Surfactant in Aqueous Solution // Langmuir.- 2003.- V. 19.- P. 9065-9070.

215. Pérez-Juste J., Correa-Duarte M.A., Liz-Marzán L.M. Silica Gels with Tailored, Gold Nanorod-Driven Optical Functionalities // Appl. Surf. Sci. — 2004.-V. 226.-P. 137-143.

216. Sau Т.К., Murphy C.J. Seeded High Yield Synthesis of Short Au Nanorods in Aqueous Solution // Langmuir. 2004. - V. 20. - P. 6414-6420.

217. Алексеева А. В. Металлические наностержни: синтез, оптические свойства и потенциальные применения в биосенсорике: Дисс.канд. физ.-мат. наук. — Саратов, 2004. — 146 с.

218. Wei Z., Mieszawska A.J., Zamborini F.P. Synthesis and Manipulation of High Aspect Ratio Gold Nanorods Grown Directly on Surfaces // Langmuino 2004. - V. 20. - P. 4322-4326.

219. Thomas K.G., Barazzouk S., Tpe B.I., Joseph S.T.S., Kamat P.V. Uniaxial Plasmon Coupling through Longitudinal Self-Assembly of Gold Nanorods // J. Phys. Chem. B. 2004. -V. 108. - P. 13066-13068.

220. Yong K.-T., Sahoo Y., Swihart M.T., Schneeberger P.M., Prasad P.N. Templated synthesis of gold nanorods (NRs): The effects of cosurfactants and electrolytes on the shape and optical properties // Top catal. 2008. - V. 47. - P 49-60.

221. Трачук JT.А. Оптические свойства наночастиц золота и серебра в связи с задачами биодиагностики: Дисс.канд. физ.-мат. наук. — Саратов, 2007. -138 с.

222. Smith D. K., Korgel'B. A. The Importance of the CTAB Surfactant on the Colloidal Seed-Mediated Synthesis of Gold Nanorods // Langmuir. 2008. -V. 24.-P. 644-648.

223. D. Pissuwan, Valenzuela S. M., Killingsworth M. C., Xu X., Cortie M. B. Targeted destruction of murine macrophage cells with bioconjugated gold nanorods // Journal of Nanoparticle Research. — 2007. V. 9(6). - P. 11091124.

224. Xu X., Cortie M. Shape Change and Color Gamut in Gold Nanorods, Dumbbells, and Dog Bones // Adv. Funct. Mater. 2006. - V. 16. - P. 21702176.

225. Khlebtsov B.N., Khanadeev V.A., Khlebtsov N.G. Observation of extra-high, depolarized light scattering spectra from gold nanorods // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112, No. 33. - P. 12760-12768.

226. Khanal B. P., Zubarev E. R. Purification of High Aspect Ratio Gold Nanorods: Complete Removal of Platelets // JACS. 2008. - Y. 130. - P. 12634-12635.

227. Hanauer M., Pierrat S., Zins I., Lotz A., Sonnichsen C. Separation of Nanoparticles by Gel Electrophoresis According to Size and Shape // Nano Lett. 2007. - V. 7. - P. 2881-2885.

228. Sweeney S. F., Woehrle G. H., Hutchison J. E. Rapid Purification and Size Separation of Gold Nanoparticles via Diafiltration // J. Am. Chem. Soc. — 2006.-V. 128.-P. 3190-3197.

229. Wei G. T., Liu F. K., Wang C. R1 C. Shape Separation of Nanometer Gold Particles by Size-Exclusion Chromatography // Anal. Chem. 1999. - V. 71. -P. 2085-2091.239. http://www.ece.rice.edu/~halas/publications.html

230. Pham T., Jackson J.B., Halas N.J., Lee T.R. Preparation and Characterization of Gold Nanoshells Coated with Self-Assembled Monolayers // Langmuir. — V. 18.-P. 4915-4920.

231. Brinson B.E., Lassiter J.B., Levin C.S., Bardhan R., Mirin N., Halas N.J. Nanoshells Made Easy: Improving Au Layer Growth on Nanoparticle Surfaces // Langmuir. V. 24. P. 14166-14171.

232. Nehl C.L., Grady N.K., Goodrich G.P., Tarn F., Halas N.J., Hafner J.H. Scattering Spectra of Single Gold Nanoshells // Nano Letters. 2004. - V. 4. -P. 2355-2359.

233. Wang H., Fu K., Drezek R., Halas N.J. Light Scattering from Spherical Plasmonic Nanoantennas: effects of nanoscale roughness // Applied Physics B.-V. 84.-P. 191-196.

234. Wang H., Kundu J., Halas N.J. Plasmonic Nanoshell Arrays Combine Surface-Enhanced Vibrational Spectroscopies on a Single Substrate // Angewandte Chemie Int. Ed. 2007. - V. 46. - P. 9040-9044.

235. Tarn F., Moran C., Halas N. Geometrical Parameters Controlling Sensitivity of Nanoshell Plasmon Resonances to Changes in Dielectric Environment // J. Phys. Chem. B.-V. 108.-P. 17290-17294.

236. Prodan E., Nordlander P., Halas N.J. Effects of dielectric screening on the optical properties of metallic nanoshells // Chemical Physics Letters. 2003. -V. 368. — P. 94-101.

237. Fu K., Sun J., Lin A.W.H., Wang H., Halas N.J., Drezek R. Polarized angular dependent light scattering properties of bare and PEGylated gold nanoshells // Current Nanoscience. 2007. - V. 3(2). - P. 167-170.

238. Loo C., Lin A., Hirsch L., Lee M.-H., Barton J., Halas N., West J., Drezek R. Nanoshell-Enabled Photonics-Based Imaging and Therapy of Cancer // Technology in Cancer Research and Treatment. 2004. — V. 3. - P. 33-40.

239. Loo C., Lowery A., Halas N., West J., Drezek R. Immunotargeted Nanoshells for Integrated Cancer Imaging and Therapy // Nano Letters. -2005.-V. 5.-P. 709-711.

240. Choi M.-R., Stanton-Maxey K.J., Stanley J.K., Levin C.S., Bardhan R.} Akin D., Badve S., Sturgis J., Robinson J.P., Bashir R., Halas N.J., Clare S.E. A

241. Cellular Trojan Horse for Delivery of Therapeutic Nanoparticles into Tumors //Nano Letters.-2006. -V. 7.-P. 3759-3765.

242. Bardhan R., Grady N.K., Halas N.J. Nanoscale Control of Near-Infrared Fluorescence Enhancement Using Au Nanoshells // Small. 2008. - V. 4. -P. 1716-1722.

243. Averitt R. D., Westcott S. L., Halas N. J. Non-alloying core shell nanoparticles // US Patent 7135055.

244. Stober W., Fink A., Bohn J. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range // J. Colloid Interface Sci. 1968. - V. 26. -P. 62-69.

245. Green D.L., Lin J.S., Lam Y.-F., Hu M.Z.-C., Schaefer D.W., Harris M.T. Size, volume fraction, and nucleation of Stober silica nanoparticles // Journal of Colloid and Interface Science. 2003. - V. 266 - P. 346-358.

246. Kalele S., Gosavi S.W., Urban J., Kulkarnil S.K. Nanoshell particles: synthesis, properties and applications // Current Science. 2006. - V. 91,NO. 8.-P. 1038-1052

247. Everett D. H. Basic principles of Colloid Science. — London: Royal Society of Chemistry, 1988. 260 p.

248. Van Blaaderen A., Van Geest J., Vrij A. Monodisperse Colloidal Silica Spheres from Tetraalkoxysilanes: Particle Formation and Growth Mechanism //Journal of Colloid and Interface Science.- 1992. V. 154,No. 2. -P. 481-502.

249. Nozawa K., Gailhanou H., Raison L., Panizza P., Ushiki H., Sellier E., Delville J. P., Delville M. H. Smart Control of Monodisperse Stu,ber Silica Particles-.Effect of Reactant Addition Rate on Growth Process // Langmuir. — 2005.-V. 21.-P. 1516-1523.

250. Snyder M.A., Lee J.A., Davis T.M., Scriven L. E., Tsapatsis M. Silica Nanoparticle Crystals and Ordered Coatings Using Lys-Sil and a Novel Coating Device // Langmuir. 2007. - V. 23. - P. 9924-9928.437

251. Harden K.D., Athanasopoulos A.P.T., Kitaev V. Facile Preparation of Highly Monodisperse Small Silica Spheres (15 to >200 nm) Suitable for Colloidal Templating and Formation of Ordered Arrays // Langmuir. — 2008. -V. 24.-P. 1714-1720.

252. Shi W., Sahoo Y., Swihart M.T., Prasad P.N. Gold Nanoshells on Polystyrene Cores for Control of Surface Plasmon Resonance // Langmuir. — 2005.-V. 21.-P. 1610-1617.

253. Song C., Wang D., Lin Y., Hu Z., Gu G., Fu X. Formation of silver nanoshells on latex spheres // Nanotechnology. — 2004. V. 15 - P. 962— 965.

254. Dong A.G., Wang Y.J., Tang Y., Ren N., Yang W. L., Gao Z. Fabrication of compact silver nanoshells on polystyrene spheres through electrostatic attraction // Chem. Commun. 2002. - P. 350-351.

255. Wang H., Song Yu., Medforth C.J., Shelnutt J.A. Interfacial Synthesis of Dendritic Platinum Nanoshells Templated on Benzene Nanodroplets Stabilized in Water by a Photocatalytic Lipoporphyrin // J. Am. Chem. Soc. -2006. — V. 128. -P. 9284-9285.

256. Li X., Li Y., Yang Ch., Li Yo. Liposome Induced Self-Assembly of Gold Nanoparticles into Hollow Spheres // Langmuir. 2004. - V. 20. - P. 3734— 3739.

257. Alper J. Virus serves as nanoshell scaffold // Anal. Chem. — 2005. — V. 77. -P 337A.

258. Radloff C., Vaia R.A.Metal Nanoshell Assembly on a Virus Bioscaffold // Nano Letters. -2005. -V. 5. P. 1187-1191.438

259. Waddell T.G., Leyden D.E., DeBello M.T. The nature of organosilane to silica-surface bonding // J. Am. Chem. Soc. 1981. - V.103. — P. 53035307.

260. Liu Y.-H., Lin H.-P., Mou Ch.-Y. Direct Method for Surface Silyl Functionalization of Mesoporous Silica // Langmuir. 2004. — V. 20. - P. 3231-3239.271. http://www.powerchemical.net/crosslinking.htm

261. Westcott S.L., Oldenburg S.J., Lee T.R., Halas N.J. Formation and adsorption of clusters of gold nanoparticles onto functionalized silica nanoparticle surfaces // Langmuir:"- 1998. V. 14. - P. 5396-5401.

262. Park S.-E., Park.MI-Y., Han P.-K., Lee S.-W. The Effect of ph-adjusted( gold colloids on the formation of gold clusters over aptms-coated silica cores // Bull. Korean Chem. Soc. 2006. - V. 27, No. 9. - P. 1341-1345.

263. Pasternack R.M., Amy S.R., Chabal Y.J. Attachment of 3-(Aminopropyl)triethoxysilane on Silicon Oxide Surfaces: Dependence on Solution Temperature // Langmuir. 2008. - V. 24. - P. 12963-12971.

264. Ashayer R., Mannan S.H., Sajjadi Sh. Synthesis and characterization of gold nanoshells using poly(diallyldimethyl ammonium chloride) // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2008. - V. 329. - P. 134-141.

265. Shenoy D.B., Antipov A.A., Sukhorukov G.B., Mohwald H. // Layer-by-Layer Engineering of Biocompatible, Decomposable Core-Shell Structures // Biomacromolecules. 2003. -V.4. - P.265-272.

266. Sukhorukov G.B., Donath E., Davis S., Lichtenfeld H., Caruso F., Popov V.I. and Mohwald H. Stepwise polyelectrolyte assembly on particle surfaces: a novel approach to colloid design // Polym. Adv. Technol. — 1998. V.9. -P.759-767.

267. Kobayashi Y., Salguehino-Maceira V., Liz-Marzan L.M. Deposition of Silver Nanoparticles on Silica Spheres by Pre-Treatment Steps in Electroless Plating // Chem. Mater. -2001. -V. 13. -P. 1630-1633.439

268. LimY.T., Park О., Jung H.-T. Gold nanolayer-encapsulated silica particles synthesized by surface, seeding and shell growing method: near infrared responsive materials // Journal of Colloid and Interface Science. 2003. - V. 263. - P. 449-453.

269. Cotton F.A., Wilkinson G. Advanced Inorganic Chemistry. Willey-Interscience: New York, 1985. - 1455 P.

270. Phonthammachai N., Kah J.C.Y., Jun G., Sheppard C.J.R., Olivo M.C., Mhaisalkar S.G., White T.J. Synthesis of Contiguous Silica-Gold Core-Shell Structures: CriticalParameters and Processes // Langmuir. 2008. - V. 24. P. 5109-5112.

271. Phonthammachai N.', White T.J. One-Step Synthesis, of Highly Dispersed*i

272. Gold Nanocrystals on Silica Spheres // Langmuir. 2007. - V. 23. - P. 11421-11424.

273. Aguirre C.M., Kaspar T.R., Radloff C., Halas N.J. СТАВ Mediated Reshaping of Metallodielectric Nanoparticles // Nano Letters. — 2003. V. 3. -P. 1707-1711.

274. Хлебцов Б.Н., Богатырев B.A., Дыкман JI.A., Хлебцов Н.Г. Спектры4 1резонансного светорассеяния золотых нанооболочек: эффекты полидисперсности и ограничения длины свободного пробега электронов // Оптика и спектроскопия. 2007. -Т. 102, № 2. - С. 269277.

275. Sun Y., Xia Y. Alloying and Dealloying Processes Involved in the Preparation of Metal Nanoshells through a Galvanic Replacement Reaction // Nano Lett.-2003-V. 3. P. 1569-1572.

276. Sun Y., Xia Y. Mechanistic Study on the Replacement Reaction between. Silver Nanostructures and Chloroauric Acid in Aqueous Medium // J. Am. Chem. Soc. -2004. V. 126. - P. 3892-3901.

277. Silvert P.-Y., Herrera-Urbina R., Duvauchelle N., Vijayakrishnan Y.,Elhsissen T.K. Preparation of colloidal silver dispersions by the polyol process Part 1 -Synthesis and characterization // J. Muter. Chem. 1996. — V. 6.-P. 573-577.

278. Silvert P.-Y., Herrera-Urbina R., Duvauchelle N., Vijayakrishnan V., Elhsissen T.K. Preparation of colloidal silver dispersions by the polyol process

279. Part-2.— Mechanism of particle formation // J: Mater. Chem. 1997. - V. 7. -P. 293-299.

280. Liang H.-P., Wan L.-J., Bai C.-L., Jiang L. Gold Hollow Nanospheres: Tunable Surface Plasmon Resonance Controlled by Interior-Cavity Sizes // J. Phys. Chem. B. 2005. -V. 109. - P. 7795-7800.

281. Kobayashi Y., Horie M., Konno M., Rodrguez-Gonzlez B., Liz-Marzan L. M. Preparation and Properties of Silica-Coated Cobalt Nanoparticles // J. Phys. Chem. B. 2003. - V. 107. - P. 7420-7425.

282. Schwartzberg A.M., Olson T.Y., Talley C.E., Zhang J.Z. Synthesis, Characterization, and Tunable Optical Properties of Hollow Gold Nanosphere // J. Phys. Chem. B. 2006. - V. 110. - P. 19935-19944.

283. Ye J., Van de Broek B, De Palma R., Libaers W., Clays K., Van Roy W., Borghs G., Maes G. Surface morphology changes on silica-coated gold' colloids // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. — 2008. -V. 322.-P. 225-233.

284. Becker J., Zins I., Jakab A., Khalavka Y., Schubert O., Sonnichsen C. // Plasmonic Focusing Reduces Ensemble Linewidth of Silver-Coated Gold Nanorods // Nano Lett. 2008. - V. 8. - P. 1719-1724.295. http://www.ntmdt.com/page/special-applications

285. Wang Z., Su Y.-K., Li H.-L. AFM study of gold nanowire array electrodeposited within anodic aluminum oxide template // Appl. Phys. A. — 2002.-V. 74.-P. 563-565.

286. Liao H., Hafiier J.H. Gold Nanorod Bioconjugates // Chem. Mater. 2005. -V. 17.-P. 4636-4641.

287. NT-MDT patent'pending #2001113928.

288. Bohren C.F., Huffman D.R. Absorption and Scattering of Light by Small Particles. New York: Wiley, 1983.-541 p.

289. Nowicki W. Kinetic behaviour of the system composed of nanosized gold particles and very-high-molecular-weight polyacrylamide // Coll. Surf. A. -2001.-V. 194.-P. 159-173. f

290. Doron A., Joselevich E., Schlittner A., Willner I. AFM characterization of the structure of Au-colloid monolayers and their chemical etching // Thin Solid Films.- 1999.-V. 340.-P. 183-188.

291. Haiss W., Thanh N.T.K., Aveard J., Fernig D.G. Determination of size and concentration of gold nanoparticles from UV-VIS spectra // Anal. Chem. -2007. V. 79. - P. 4215-4221.

292. Chithrani B.D., Ghazani A.A., Chan W.C.W. Determining the size and shape dependence of gold nanoparticle uptake into mammalian cells // Nano Lett. — 2006.-V.6.-P. 662-668.

293. Andreescu D., Sau T.K., Goia D.V. Stabilizer-free nanosized gold sols // J. Colloid Interface Sci. 2006. - V. 298. - P. 742-751.

294. Horisberger M. In: Techniques in Immunocytochemistry / Ed. by Bullock G.R., Petrusz P., London: Acad. Press, 1985. 155 p.

295. Slouf M., Kuzel R., Matej Z. Preparation and characterization of isometric gold nanoparticles with pre-calculated size // Z. Kristallogr. Suppl. 2006. — V. 23.-P. 319-324.

296. Khlebtsov N. G. Determination of Size and Concentration of Gold Nanoparticles from Extinction Spectra // Anal. Chem. 2008. — V. 80. - P. 6620-6625.

297. Богатырев В. А., Дыкман JI. А., Хлебцов Б. Н., Хлебцов Н. Г. Определение среднего размера и оценка полидисперсности наночастиц золота по спектрам поглощения и рассеяния света // Оптика и< спектроскопия. 2004. - Т. 94. № 1. - С. 139-147.

298. Link S., Mohamed М.В., El-Sayed М.А. Simulation of the Optical Absorption Spectra of Gold Nanorods as a Function of Their Aspect Ratio and the Effect of the Medium Dielectric Constant // J. Phys. Chem. B. -1999.-V. 103.-P. 3073-3077.t

299. Sosa I.O., Noguez C., Barrera R.G. Optical properties of metal nanoparticles with arbitrary shapes // J. Phys. Chem. B. 2003. - V. 107. - P. 6269-6275.

300. Jiang X.C., Brioude A., Pileni M.P. Gold nanorods: Limitations on their synthesis and optical properties // Coll. Surf. A. 2006. - V. 277. - P. 201206.

301. Prescott W., Mulvaney P. Gold nanorod extinction spectra // J. Appl. Phys. — 2006.-V. 99.-P. 123504(1)-123504(7).

302. Kooij E.S., Poelsma B. Shape and size effects in the optical properties of metallic nanorods // Phys. Chem. Chem. Phys. 2006. - V. 8. - P. 33493357.

303. Хлебцов H. Г., Мельников А.Г., Богатырев В. А., Алексеева А. В., Хлебцов Б.Н. Деполяризация света, рассеянного золотыми наносферами и наностержнями // Опт. и спектр. — 2006. — Т. 100, № 3. — С. 491-498.

304. Al-Sherbini A.-S.A.-M. Thermal instability of gold nanorods in micellar solution of water/glycerol mixtures // Colloids Surf. A. 2004. — V. 246. - P. 61-69.

305. Orendorff Ch.J., Murphy C.J. Quantitation of metal content in the silver-assisted growth of gold nanorods // J. Phys. Chem. B. 2006. — V. 110. — P. 3990-3994.

306. Schultz S., Smith D.R., Mock J.J., Schultz D.A. Single-target molecule detection with nonbleaching multicolor optical immunolabels // Proc. Natl. Acad. Sci.USA. — 2000. — V. 97, P.996-1001.

307. Arbouet A., Christofilos D., Del Fatti N., Vallée F., Huntzinger J.R., Arnaud L., Billaud P., Broyer M. Direct measurement of the single-metal-cluster optical absorption // Phys. Rev. Lett. 2004. - V. 93. - P. 127401-127404.

308. Lindfors K., Kalkbrenner T., Stoller P., Sandoghdar V. Detection and spectroscopy of gold nanoparticles using supercontinuum white light confocal microscopy // Phys. Rev. Lett. 2004. - V. 93. -P. 037401-037404.

309. Ignatovich F.V., Novotny L. Real-time and background-free detection of nanoscale particles // Phys. Rev. Lett. 2006. - V. 96. - P. 013901-013904.

310. Stoller P., Jacobsen1 V., Sandoghdar V. Measurement of the complex dielectric constant of a single gold nanoparticle // Opt. Lett. 2006. - V. 31. - P. 2474-2476.

311. Berciaud S., Cognet L., Tamarat P., Lounis B. Observation of intrinsic size effects in the optical response of individual gold nanoparticles // Nano Lett. -2005.-V. 5.-P. 515-518.

312. Sonnichsen C., Franzl Т., Wilk Т., von Plessen G., Feldmann J., Wilson O., Mulvaney P. Drastic reduction of plasmon damping in gold nanorods // Phys. Rev. Lett. 2002. - V. 88, P.077402-077405.

313. Berne B. J., Pecora R. Dynamic light scattering with application to chemistry, biology, and physics. -MineolaNY: Dover Publ.,2002.- 621 p.

314. Pecora R. (Ed.) Dynamic light scattering. Applications of photon correlation spectroscopy. New York- London: Plenum Press,1985. - 420 p.

315. Камминс Г., Пайк Э. Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов. М.: Мир, 1978. — 315 с.

316. Хлебцов Б.Н. Исследование липосом, иммунных комплексов и биоконъюгатов золотых наночастиц методами оптической спектроскопии и динамического светорассеянияю Дисс.канд. физ.-. мат.наук. Саратов, 2004. 182 с.

317. Gibson J.D., Khanal В.Р., Zubarev E.R. Paclitaxel-Functionalized Gold Nanoparticles // J. Am. Chem. Soc. 2007. - V. 129. - P. 11653-11661.

318. Guo R., Zhang L., Zhu Zh., Jiang X. Direct Facile Approach to the Fabrication of Chitosan-Gold Hybrid Nanospheres // Langmuir. 2008. - V. 24. - P. 3459-3464.

319. Li D., He Q., Yang Y., Mohwald H., Li J. Two-Stage pH Response of Poly(4-vinylpyridine) Grafted Gold Nanoparticles // Macromolecules. — 2008. V 41. -P. 7254-7256.

320. Housni A., Ahmed M., Liu Sh., Narain R. Monodisperse Protein Stabilized Gold Nanoparticles via a Simple Photochemical Process // J. Phys. Chem. C. -2008.-V. 112.-P. 12282-12290.

321. Maye M.M., Nykypanchuk D., van der Lelie D., Gang O. A Simple Method for Kinetic Control of DNA-Induced Nanoparticle Assembly // J. Am. Chem. Soc.-2006.-V. 128.-P. 14020-14021.

322. Asian K., Luhrs C.C., Pérez-Luna V.H. Controlled and Reversible Aggregation of Biotinylated Gold Nanoparticles with Streptavidin // J. Phys. Chem. В.-2004.-V. 108.-P. 15631-15639.

323. Maye M.M., Luo J., Lim I-Im.S., Han L., Kariuki N.N., Rabinovich D., Liu Т., Zhong Ch.-J. Size-Controlled Assembly of Gold Nanoparticles Induced by a Tridentate Thioether Ligand // J. Am. Chem. Soc. 2003. - V. 125. - P. 9906-9907.

324. Sebba D.S., Mock J.J., Smith D.R., LaBean T.H., Lazarides A.A. Reconfigurable Core-Satellite Nanoassemblies as Molecularly-Driven Plasmonic Switches // Nano Lett. 2008. - V. 8. - P. 1803-1808.

325. Chen L.-Ch., Ho Ch-Ch. Development of nanoparticle shape measurement and analysis for process characterization of nanoparticle synthesis // Rev.Adv.Mater.Sci. 2008. - V. 18. - P. 677-684.

326. Teixeira J. Application of neutron scattering to the study of fractal systems // New. J. Chem. 1990. - V. 14.,No. 3. - P. 217-219.

327. Barth G. H., Sun S. Particle size analysis // Anal. Chem. 1993. - V. 65. - P. 55R-66R.

328. R. Williams Particle size analysis: Classification and sedimentation methods C. Bernhardt Chapman»& Hall: London, 1994. - 428 p.

329. Merkus H. G. Particle Size Measurements. Fundamentals, Practice, Quality Series: Particle Technology Series, Vol. 17. — Berlin.Springer, 2009. 536 p.

330. Allen T. Powder sampling and particle size determination. — Birmingham: Elsevier, 2003. 682 p.

331. J.P.M: Syvitski (Ed.) Principles, methods and applications of particle size analysis. Cambridge: Cambridge University Press, 1992. - 368 p.

332. Irani G. B., Huen T., Wooten F. Optical constants of silver and gold in the visible and vacuum ultraviolet // J. Opt. Soc. Am. 1971. - V. 61. - P. 128129.

333. Otter M. Optische konstanten massiver metalle // Z. Physik. 1961. — V. 161.-P. 163-178

334. Hagemann H.-J., Gudat W., Kunz C. Optical constants from the far infrared to the X-ray region: Mg, Al, Cu, Ag, Bi, C, and Al203. — Hamburg: Deutsches electronen-synchrotron DESY SR-74/7, 1974. 613 p.

335. Canfield L. R., Hass G., Hunter W.R. The optical properties of evaporated gold in the vacuum ultraviolet from 300 A to 2 000 A // J. Phys. (Paris). , 1964.-V. 25.-P. 124-129.

336. Johnson P.B., Christy R.W. Optica! constants of noble metals // Phys. Rev. B. 1972. -V. 6, № 12. - P. 4370-4379.

337. Doyle W. T., Agarwal A. Optical Extinction of Metal Spheres // J. Opt. Soc. Am. 1965.- V. 55.- P. 305-308.

338. Kreibig U. Electronic properties of small silver particles: the optical constants and their temperature dependence // J. Phys. F: Met. Phys. 1974. -V. 4.-P. 999-1014.

339. Genzel L., Martin T.P., Kreibig U. Dielectric function and plasma resonances of small metal particles // Z. Phys. B. Condens. Matter.- 1975.- V.- 21.- P 339-346.

340. Hovel H., Fritz S., Hilger A., Kreibig U., Vollmer M. Width of cluster plasmon resonances: Bulk dielectric functions and chemical interface damping//Phys. Rev. B. V. 48, № 24. P. 18178-18188.

341. Granqvist C.G., Hunderi О. Optical properties of ultrafine gold particles I I Phys. Rev. В. V. 16, № 8. P. 3513-3534.

342. Granqvist C.G., Buhrman R.A., Wyns J., Sievers A.J. Far-infrared absorption in ultrafine al particles // Phys. Rev. Lett. 1976. - V. 37, № 10. - P. 625629.

343. Granqvist C.G., Hunderi O. Optical properties of ultrafine gold particles // Z. Phys. B. 1978.- J7.30.- P. 47-54

344. Palik E.D. (Ed.) Handbook of Optical Constants of Solids.- New York: Academic Press, Parts I, И, III, 1985;1991;1998.

345. Coronado E. A., Schatz G.C. Surface plasmon broadening for arbitrary shape nanoparticles: A geometrical probability approach // J. Chem. Phys. — 2003. V. 119.-P. 3926-3929.

346. Kachan S.M., Ponyavina A.N. Resonance absorption spectra of composites containing metalcoated nanoparticles // J. Mol. Struct — 2001.- V. 267. P. 563-564.

347. Khlebtsov B.N., Khlebtsov N.G. Ultrasharp light-scattering resonances of structured nanospheres: effects of size-dependent dielectric functions // J. Biomed. Opt. 2006. - V. 11. - P. 044002.

348. Chiappetta P. Multiple scattering approach to light scattering by arbitrarily shaped particles // J. Phys. A: Math. Gen. 1980. - V. 13, №. 6. - P. 21012108.

349. Хлебцов Н.Г. Оптика и биофотоника наночастиц с плазмонным резонансом // Квантовая электроника. 2008. - Т. 38,№ 6. — С. 504-529.

350. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М.: Физматгиз, 1961. — 312 с.

351. Draine В.Т. The discrete-dipole approximation and its application to interstellar graphite grains // Astrophys. J. — 1988. V. 333. - P. 848.

352. Doyle W.T. Absorption of light by colloids in alkali halide crystals // Phys. Rev. 1958. - V. 111. - P. - 1067-1072.

353. Doremus R.H. Optical properties of small gold particles // J. Chem. Phys. —4491964. -V. 40.-P. 2389-2395.

354. Mulvaney P. Surface plasmon spectroscopy of nanosized metal particles // Langmuir. 1996. - V. 12, № 3. - P. 788-800.

355. Tuchin V.V. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis. -Bellingham: SPIE Press, 2000 — 942 p.

356. Khlebtsov N. G., Dykman L.A. Optical properties and biomedical applications of pi asmonic nanoparticles//J. Quant. Spectr. Radiat. Transfer. -2010:-V. 111.-P. 1-35:

357. Kerker Mi The Scattering of Light and Other Electromagnetic Radiations — New York: Academic, 1969. 343 p. "

358. Khlebtsov B.N., Khlebtsov N.G. Optical polarizability of metal nanoparticles and its biospesific conjugates // Proc. SPIE, 2006. V. 6164. - P. 616405(1)-616405(14).

359. Wu Z.C., Wang Y. P. Electromagnetic scattering for multilayered sphere: recursive algorithms // Radio, Sei. 1991. - V. 26, N 6. - P. 1393-1401.

360. Radioff J.C. Concentric nanoshells and plasmon hybridization. PhD thesis. Rice University, Texas, 2003:

361. Xu Y.-L. Scattering Mueller matrix of an ensemble of variously shaped small particles HJ. Opt. Soc. Am. A. 2003. - V. 20.-P. 2093-2105.

362. Ньютон Р. Теория рассеяния волн и частиц. М.: Мир, 1969. — 608 с.

363. Mishchenko M.I., Travis L.D., Mackowski D.W. T-matrix computations of. light scattering by nonspherical particles: A review // JQSRT. 1996. - V. 55, No. 5. - P. 535-575.

364. Mishchenko M.I., Travis L.D., Lacis A.A. Scattering, absorption and450emission of light by small particles. Cambrige: University Press, 2002. -445 p.

365. Waterman P. C. Matrix formulation of electromagnetic scattering // Proc. IEEE. 1965. - V. 53, N. 8. - P. 805-812.

366. Waterman P. C. Symmetry, unitarity and geometry in electromagnetic scattering // Phys. Rev. D. 1971. - V. 3, N. 4. - P. 825-839.

367. Waterman P. C. Scattering by dielectric obstacles // Alta. Freq. 1969. - V. 38 (Speciale). - P. 348-352.

368. Water-man P. C. Matrix methods in potential theory and electromagnetic scattering // J1 Appl. Phys. 1979. - V. 50, N. 7. - P. 4550-4565:

369. Mishchenko Mi I., Travis L. D. T-matrix computations of light1 scattering by large spheroidal particles // Opt. Comm. 1994. - V. 109. - P. 16-21.

370. Хлебцов Н.Г. Матрица« рассеяния для анизотропных эллипсоидов, сравнимых с длиной волны-света // Оптика и спектроскопия. 1979. - Т. 46. № 2. - С. 341- 345.

371. Mishchenko M.Ii Calculation of amplitude matrix for a nonspherical partice in fixed orientation// Appl. Opt. 2000. - V. 39. - P. 1026-1031.

372. Mishchenco M.I., Macowski D.W. Light scattering by randomly orientated bispheres // Opt. Lett. 1994. -V. 19: - P. 1604-1606.

373. Khlebtsov N.G. Orientational averaging of light-scattering observables in the T-matrix approach // Appl. Opt. 1992. - V. 31. - P. 5359-5365.

374. Mackowski D.W. An effective medium method for calculation of the T-matrix of aggregateted spheres // JQSRT. 2001. - V. 70. - P. 441-464.

375. Borghese F., Denti P., Saija R. Scattering from model nonspherical particles. Berlin: Springer-Verlag, 2007. - 348 p.451

376. Doicu A., WriedtT., Eremin Y.A. Light scattering by systems of particles. — Berlin: Springer-Verlag, 2006. 322 p.

377. Purcell E. M., Pennypacker C. R. Scattering and Absorption of Light by Nonspherical Grains //Astrophys. J. 1973. -V. 186. -P. 705-714.

378. Draine B. T., Flatau P. J. User Guide to the Discrete Dipole Approximation Code Ddscat 6.1 http://Arxiv.Org/Abs/Astro-Ph/0409262v2. 2004.

379. Zhao L., Zou S., Hao E., Schatz G. C. Electrodynamics in Computational Chemistry // Theor. Appl. Comput. Chem. 2005. - P. 47-65.

380. Zhao J., Pinchuk A.O., McMahon J.M., Li S., Ausman L.K., Atkinson A.L., Schatz G.C. Methods for Describing the Electromagnetic Properties of Silver and Gold Nanoparticles // Acc. Chem. Res. 2008. - V. 41. - P. 1710-1720.

381. Shuford K. L., Ratner M. A., Schatz G. C. Multipolar Excitation in Triangular Nanoprisms. // J. Chem. Phys. 2005. - V. 123. - P. 114713(1-3).

382. Jin R., Cao Y. C., Hao E., Metraux G. S., Schatz G. C., Mirkin, C. A. Controlling Anisotropic Nanoparticle Growth through Plasmon Excitation // Nature. 2003. - V. 425. - P. 487-490.

383. Qin L., Zou S., Xue C., Atkinson A., Schatz G. C., Mirkin C. A. Designing, Fabricating, and Imaging Raman Hot Spots // Proc. Natl. Acad. Sei U.S.A. -2006.-V. 103.-P. 13300-13303.

384. Sheny L. J., Chang S.-H., Schatz G. C., Van Duyne R. P., Wiley В. J., Xia Y. Localized Surface Plasmon Resonance Spectroscopy of Single Silver Nanocubes // Nano Lett. 2005. - V. 5. - P. 2034-2038.

385. Haes A. J., Zhao J., Zou S., Own C. S., Marks L. D., Schatz G. C., Van Duyne R. P. Solution-Phase, Triangular Ag Nanotriangles Fabricated by Nanosphere Lithography. // J. Phys. Chem. B. 2005. - V. 109. - P. 1115811162.

386. Hao E., Schatz G. C. Electromagnetic Fields around Silver Nanoparticles and Dimers. // J. Chem. Phys.- 2004. V. 120. - P. 357-366.

387. Yee K. S. Numerical Solution of Initial Boundary Value Problems Involving Maxwell's Equations in Isotropic Media // IEEE Trans. Antennas Propag. — 1966.-V. 14.-P. 302-307.

388. Hagness S., Taflove A. Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method. Artech: Boston, 2005. - 474 p.

389. Jin J. The Finite Element Method in Electromagnetics. Wiley: New York,2002. - 753 p.

390. Wang J. J. H. Generalized Moment Methods in Electromagnetics: Formulation and Computer Solution of Integral Equations. N.Y.: Wiley, 1991. - 350 p.

391. Хлебцов Н.Г. Интегральное уравнение для задач рассеяния света на частицах среды // Оптика и спектр. 1984. - Т. 57, № 4. - С. 658-662.

392. Хлебцов Н.Г. Ослабление и рассеяние света в дисперсных системах с неупорядоченными, ориентированными и фрактальными частицами (теория и эксперимент). Дисс. док. Физ.-мат. наук. — Саратов, 1996. — 1256 с.

393. Myroshnychenko V., Rodriguez-Fernandez J., Pastoriza-Santos I., Funston A.M., Novo C., Mulvaney P., Liz-Marzan L.M., de Abajo F. Modelling the optical response of gold nanoparticles // Chem. Soc. Rev. 2008. - V. 37. — P.1792-1805.

394. Heller W., Pugh T.L. "Steric" stabilization of colloidal solutions by adsorbtion of flexible macromolecules // J. Polymer Sci. 1960. - V. 48. - P. 203-217.

395. Goddard E.D., Vincent B. Polymer Adsorption and Dispersion Stability. -Washington: ACS Symp. Ser., 1984. 480 p.

396. Leonov A.P., Zheng J., Clogston J.D., Stem S.T., Patri A.K., Wei A. Detoxification of Gold Nanorods by Treatment with Polystyrenesulfonate // ACS Nano. 2008: - V. 2. - P. 2481-2488.

397. Nitin N., Javier D.J., Richards-Kortum R. Oligonucleotide-Coated Metallic Nanoparticles as a Flexible Platform for Molecular Imaging Agents // « Bioconjugate Chem. 2007. -V. 18. - P. 2090-2096.

398. Lai S., Clare S., Halas N.J. Nanoshell-Enabled Photothermal Cancer Therapy: Impending Clinical Impact // Accounts of chemical research. -2008.-V. 41.-P. 1842-1851.

399. De Jong W.H., Hagens W.I., Krystek P., Burger M.C., Sips A.J.A.M., Geertsma R.E. // Biomaterials. 2008. - V. 29. - P. 1912-1919.

400. Kattumuri V., Katti K., Bhaskaran S., Boote E.J., Casteel S.W., Fent G.M.,. Robertson D.J, Chandrasekhar M., Kannan R., Katti K.V. Gum Arabic as a Phytochemical Construct for the Stabilization of Gold Nanoparticles: In Vivo454

401. Pharmacokinetics and X-ray-Contrast-Imaging Studies // Small. 2007. - V. 3.-P. 333-341.

402. Kogan B., Andronova N., Khlebtsov N., Khlebtsov B., Rudoy V., Dement'eva O., Sedykh E., Bannykh L. // Technical Proceedings of the 2008 NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show. 2008. - V. 2. - P. 6568.

403. Donnelly J.J., Wahren B., Liu M.A. DNA Vaccines: Progress and Challenges // J. Immunol. 2005. - V. 175. - P. 633-639.

404. Bergen J.M., von Recum H.A., Goodman T.T., Massey A.P., Pun S.H. Gold Nanoparticles as a Versatile Platform for Optimizing Physicochemical Parameters for Targeted Drug Delivery // Macromol. Biosci. — 20,06. — V. 6. -P. 506-516.

405. Khlebtsov B.N., Dykman L.A., Bogatyrev V.A., Zharov V.P., Khlebtsov N.G. A solid-phase dot assay using silica/gold nanoshells // Nanoscale Research Letters. 2007. - V. 2. - P. 6-11.

406. Hermanson G.T. Bioconjugate Techniques. Acadcmic Press: London, 2008. - 1202 p.

407. Manea F., Bindoli C., Polizzi S., Lay L., Scrimin P. Expeditious Synthesis of Water-Soluble, Monolayer-Protected Gold Nanoparticles of Controlled Size and Monolayer Composition // Langmuir. 2008. - V. 24. - P. 4120-4124.

408. Karyakin A.A., Presnova G.V., Rubtsova M.Yu., Egorov A.M. Oriented Immobilization of Antibodies onto the Gold Surfaces via Their Native Thiol Groups 11 Anal. Chem. 2000. - V. 72. - P. 3805-3811.455

409. Hill H.D., Vega R.A., Mirkin Ch.A. Nonenzymatic Detection of Bacterial Genomic DNA Using the Bio Bar Code Assay //Anal. Chem. 2007. - V. 79. -P. 9218-9223.

410. Lee J.-S., Stoeva S.I., Mirkin Ch.A. DNA-Induced Size-Selective Separation of Mixtures of Gold Nanoparticles // J. Am. Chem. Soc. 2006. - V. 128. -P. 8899-8903.

411. Lee J.-S., Ulmann P.A., Han M.S., Mirkin Ch.A. A DNA-Gold Nanoparticle-Based Colorimetric Competition Assay for the Detection of Cysteine // Nano Lett. 2008. - V. 8. - P. 529-533.

412. Hentschel J., Bleek K., Ernst O., Lutz J.-F., Borner H.G. Easy Access to Bioactive Peptide-Polymer Conjugates via RAFT // Macromolecules. -2008.-V. 41. P. 1073-1075.

413. Tkachenko A.G., Xie H., Coleman D., Glomm W., Ryan J., Anderson M.F., Franzen S., Feldheim D.L. Multifunctional Gold Nanoparticle—Peptide Complexes for Nuclear Targeting // J. Am. Chem. Soc. 2003. - V. 125. - P. 4700-4701.

414. Vial S., Pastoriza-Santos I., Perez-Juste J., and Liz-Marzan L.M. Plasmon Coupling in Layer-by-Layer Assembled Gold Nanorod Films // Langmuir. -2007. V. 23. - P. 4606-4611.

415. Chanana M., Gliozzi A., Diaspro A., Chodnevskaja I., Huewel S., Moskalenko V., Ulrichs K., Galla H.-J., Krol S. Interaction of Polyelectrolytes and Their Composites with Living Cells // Nano Lett -2005. V. 5. - P. 2605-2612.

416. Mitamura K., Imae T. Functionalization of Gold Nanorods Toward Their Applications // Plasmonics. 2009. - V. 4. - P. 23-30.

417. Deyev V., Waibel, R. Lebedenko E.N., Schubiger A.PI, Pluckthun A. Design of multivalent complexes using the barnasexbarstar module // Nature Biotechnology. 2003. - V. 21. - P. 1486-1492.

418. Деев C.M., Лебеденко E.H., Петров P.B. Дизайн генно-инженерных антител для диагностики и терапии рака // International Journal on immunoreabilitation. 2003. - V. 5. - P. 131-132.

419. Tong L., Wei Q., Wei A., Cheng J.-X. Gold Nanorods as Contrast Agents for Biological Imaging: Optical Properties, Surface Conjugation and Photothermal Effects // Photochemistry and Photobiology. 2009. - V. 85. -P. 21-32.

420. Г. Cortesi R., Esposito E., Menegatti E., Gambari R., Nastruzzi C. Effect of Cationic Liposome Composition on, In Vitro Cytotoxicity and1 Protective Effect on Carried DNA. // Int. J. Pharm 1996. -V. 139, 69-78.

421. Yu Ch., Varghese L., Irudayaraj J. Surface Modification of Cetyltrimethylammonium Bromide-Capped Gold Nanorods to Make Molecular Probes // Langmuir. 2007. - V. 23. - P. 9114-9119.

422. Takahashi H., Niidome Y., Niidome Т., Kaneko K., Kawasaki H., Yamada S. Modi.cation of gold nanorods using phosphatidylcholine to reduce cytotoxicity // Langmuir. 2006. — V. 22. - P. 2-5.J

423. Huff Т. В., Hansen M. N., Zhao Y., Cheng J.-X., Wei A. Controlling the cellular uptake of gold nanorods // Langmuir. — 2007. — V. 23. P. 15961599.

424. Yu C., Irudayaraj J. Multiplex biosensor using gold nanorods // Anal. Chem. 2007. - Y. 79. - P. 572-579.

425. Durr N. J., Larson Т., Smith D. K., Korgel B. A., Sokolov K., Ben-Yakar A. Two-photon luminescence imaging of cancer cells using molecularly targeted gold nanorods // Nano Lett. 2007. - V. 7. - P. 941-945.

426. Hilgenbrink A. R., Low P. S. Folate receptor-mediated drug targeting: From therapeutics to diagnostics // J. Pharm. Sci. 2005. - V. 94. - P. 2135-2146.

427. Takahashi H., Niidome Y., Yamada S. Controlled release of plasmid DNA from gold nanorods induced by pulsed near-infrared light // Chem. Commun. 2005. - V. 17. - P. 2247-2249.

428. Antonii F. Panacea Aurea-Auro Potabile. Hamburg: Ex Bibliopolio Frobeniano, 1618. - 250 p.

429. Ochsner E.H. The use of colloidal gold in inoperable cancer // Int. J. Med. • Surg. 1927. - V. 40. - P. 100-104.

430. Саду Ж. Алхимики и золото. Киев: София, 1995. - 320 с.

431. Faraday М. Experimental relations of gold (and others metals) to light // Phil. Trans. Royal. Soc. (Lond.). 1857. - V. 147. - P. 145-181.

432. Green F. The colloidal gold reaction of the cerebrospinal fluid. Berlin: Medizin Fritz-Dieter Sohn, 1925. - 11 p.

433. Maclagan N.F. The serum colloidal gold reaction as a liver function test // Brit. J. Exp. Pathol. 1944. - V. 25. - P. 15-20.

434. Паддефет P. Химия золота. M.: Мир, 1982. - 259 с.

435. Бусев А.И., Иванов В.М. Аналитическая химия золота. М.: Наука, 1973.-264 с.

436. Маракушев С.А. Геомикробиология и биохимия золота. М.: Наука, 1991.-111 с.

437. Murphy С .J., Gole A.M., Stone J.W., Sisco P.N., Alkilany A.M., Goldsmith E.C., Baxter S.C. Gold Nanoparticles in Biology: Beyond Toxicity to Cellular Imaging // Acc. Chem. Res. 2008. - V. 41. - P. 1721-1730.

438. Leuvering J.H.W., Thai P.J.H.M., van der Waart M., Schuurs A.H.W.M. Sol particle immunoassay (SPIA) // J. Immunoassay. 1980. - V. 1. - P. 77-91.

439. Dykman L.A., Krasnov Ya.M., Bogatyrev V.A., Khlebtsov N.G. Quantitative immunoassay method based on extinction spectra of colloidal gold bioconjugates // Proc. SPIE. 2001. - V. 4241. - P. 37-41.

440. Moeremans M., Daneels G., De Raeymaeker M., De Mey J // In: Handbook of Immimoblotting of Proteins / Eds. Bjerrum O.J., Heegaard N.H.H. -Orlando: CRC Press, 1988. V. I. P. 137.

441. Rohringer R. // In: Colloidal Gold: Principles, Methods and Applications / Ed. Hayat M.A. San Diego: Academic Press, 1989. V. 1. P. 396.

442. Kerker M. // In: Selected Papers on Surface-enhanced Raman Scattering. -SPIE Optical Engineering Press: Bellingham, 1990.

443. Huang X., Jain P.K., El-Sayed I.H., El-Sayed M.A. Plasmonic photothermal therapy (PPTT) Using gold nanoparticles // Lasers Med Sci. 2008. - V. 23. -P. 217-228.

444. Wang Y., Xie X., Wang X., Ku G., Gill K. L., O'Neal D. P., Stoica G., Wang L. V. Photoacoustic Tomography of a Nanoshell Contrast Agent in the in

445. Vivo Rat Brain. // Nano Lett.- 2004. V. 4. - P. 1689-1692.<

446. Miller A.D. Human gene-therapy comes of age // Nature. 1992. - V. 357. -P. 455—4-60.

447. Yeh P., Perricaudet M. Advances in adenoviral vectors: from genetic engineering to their biology // Faseb J. 1997. - V.l 1. - P. 615-623.

448. Butler J.E. Immunochemistry of Solid-Phase Immunoassay. Boca Raton: CRC Press Inc., 1991. - 336 p.

449. Евтушенко Е.Г., Курочкин И.Н., Донцова E.A., Будашов И.А., Еременко А.В., Головаченко В.А., Полынцев Д.Г., Тур Д.Р., Пергушов Д.В.,

450. Blab G.A., Cognet L., Berciaud S., Alexandre I., Husar D., Remacle J., Lounis B. Optical Readout of Gold Nanoparticle-Based DNA Microarrays without Silver Enhancement // Biophys. J. 2006. - V. 90, №1. - P.L13-L15.

451. Han A., Dufva M., Belleville E., Christensen C.B.V. Detection of analyte binding to microarrays using gold nanoparticle labels and a desktop scanner // Lab. Chip. -2003. V. 3. - P: 329-332.

452. Чечеткин B.P., Прокопенко Д.В., Макаров A.A., Заседателев А.С. Биочипы для медицинской диагностики // Российские нанотехнологии. -2006.-Т. 1.-С. 13-28.

453. Vaessen R.T.M.J., Kreike J., Groot G.S.P. Protein transfer to nitrocellulose filters // FEBS Lett. — 1981. — V. 124.-P. 193-196.

454. Gupta Sh., Huda S., Kilpatrick P.K., Velev O.D. Characterization and optimization of gold nanoparticle-based silver-enhanced immunoassays // Anal. Chem. -2007. -V. 79. -P. 3810-3820.

455. Liang R.Q., Tan C.Y., Ruan R.C. Colorimetric detection of protein microarrays based on nanogold probe coupled with silver enhancement // J. Immunol. Meth. -2004. -V. 285. P. 157-163.

456. Hou S.-Y., Chen H.-K., Cheng H.-C., Huang, C.-Y. Development ofzeptomole and attomolar detection sensitivity of biotin-peptide using .a•idot-blot goldnanoparticle immunoassay // Anal. Chem. 2007. — V. 79. - P. 980-985.

457. Peng Z., Chen Z., Jiang J., Zhang X., Shen G., Yu R. A novel immunoassay based on the dissociation of immunocomplex and fluorescence quenching by gold nanoparticles // Anal. Chim. Acta. 2007. - V. 583. - P. 40-44.

458. Zhang, S.-B., Wu, Z.-S., Guo, M.-M., Shen, G.-L., Yu, R.-Q. A novel immunoassay strategy based on combination of chitosan and a gold nanoparticle label // Talanta. 2007. - V. 71. - P. 1530-1535.

459. Zhang H., Meyerhoff M.E. Gold-coated magnetic particles for. solid-phase immunoassays: Enhancing immobilized antibody binding efficiency and analytical performance // Anal. Chem*. 2006. — V. 78'. - P. 609-616.

460. Leuvering J.H.W., Thai P.J.H.M., van der Waart M., Schuurs A.H.W.M. Sol particle immunoassay (SPIA) // J. Immunoassay. 1980. - V. 1. - P. 77-91.

461. Leuvering J.H.W., Thai P.J.H.M., Schuurs A.H.W.M. Optimization of a sandwich sol particle immunoassay for human chorionic gonadotrophin // J. Immunol. Meth. 1983. - V. 62. - P. 175-184.

462. Gribnau T.J.C., Leuvering J.H.W., van Hell H: Particle-labelled immunoassays. A review // J. Chromatogr. 1986. - V. 176. - P. 175-179.

463. Van Hell H., Leuvering J.H.W., Gribnau T.J.C. Particle immunoassays // In: "Alternative Immunoassays" / Ed. Collins W.P. Chichester: Wiley, 1985.-P. 39-58.

464. Deelder A.M., Dozy M.H. Applicability of sol particle immunoassay (SPIA) for detection of Schistosoma mansoni circulating antigens // Acta Leiden. 1982. - V. 48. - P. 17-22:

465. Wielaard F., Denissen* A., van der Veen L., Rutjes I. A sol-particle immunoassay for determination of anti-rubella antibodies. Development and clinical validation // J. Virol. Meth. 1987. - V. 17. - P. 149-158.

466. Kim Y. J., Johnson R. C., Hupp J. T. Gold nanoparticle-based sensing of 'spectroscopically silent' heavy metal ions // Nano Letters. 2001. - V. 1. -P. 165-167.

467. Sakashita H., Tomita A., Umeda Y., Narukawa H., Kishioka H., Kitamori T., Sawada T. Homogeneous immunoassay using photothermal beam deflection spectroscopy // Anal. Chem. 1995. - V. 67. - P. 1278-1282:

468. Thanh N.T.K., Rees J.H:, Rosenzweig Z. Laser-based double beam absorption detection for aggregation immunoassays using gold nanoparticles //Anal. Bioanal. Chem: 2002. - V. 374. - P. 1174-1178.

469. Storhoff J. J., Elghanian R., Mucic R.C., Mirkin C.A., Letsinger R.L. One-pot colorimetric differentiation of poly-nucleotides with single base imperfections using gold nano-particle probes // J. Am. Chem. Soc. 1998. -V. 120.-P. 1959-1964.

470. Elghanian R., Storhoff J. J., Mucic R. C., Letsinger R. L., Mirkin C. A. Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance-dependent optical properties of gold nanoparticles // Science. 1997. - V. 277.-P. 1078-1081.

471. Hirsch L.R., Jackson .J.B., Lee A., Halas N.J., West J.L. A Whole Blood Immunoassay Using Gold Nanoshells // Anal. Chem. 2003. - V. 75. — P. 2377-2381.

472. Mayer K.M., Lee S., Liao H., Rostro B.C., Fuentes A., Scully P.T., Nehl C.L., Hafner J.H. A Label-Free Immunoassay Based Upon Localized Surface Plasmon Resonance of Gold Nanorods // ACS Nano. — 2008. V. 2.-P. 687-692.

473. Wang Ch., Chen Y., Wang T., Ma Zh., Sun Zh. Biorecognition-Driven Self-Assembly of Gold Nanorods: A Rapid and Sensitive Approach toward , Antibody Sensing // Chem. Mater. 2007. - V. 19. - P. 5809-5811.

474. He W., Huang Ch.Zh., Li Y.F., Xie J.P., Yang R.G., Zhou P.F., Wang J. One-Step Label-Free Optical Genosensing System for Sequence-Specific464

475. DNA Related to the Human Immunodeficiency Virus Based on the Measurements of Light Scattering Signals of Gold Nanorods // Anal. Chem.- 2008. V. 80. - P. 8424-8430.

476. Parab H.J., Chen H.M., Lai T.-Ch., Huang J.H., Chen P.H., Liu R.-Sh., Hsiao M., Chen Ch.-H., Tsai D.-P.,. Hwu Y.-K Biosensing, Cytotoxicity, and Cellular Uptake Studies of Surface-Modified Gold Nanorods // J: Phys. Chem. C. 2009, in press.

477. Ling J., Y.F. Li, Huang Ch.Zh. Visual Sandwich.Immunoassay System on the Basis of Plasmon Resonance Scattering Signals of Silver "Nanoparticles // Anal. Chem. 2009. - V. 81. - P. 1707-1714.

478. Ciesiolka T., Gabius H.-J. An 8 to 10 fold enhancement in sensitivity for quantitation of proteins by modified application, of colloidal gold; // Anali Biochem. 1988:- V: 168. - P; 280-283:

479. Englebienne P. Use of collbidal gold surface plasmon resonance peak shift to infer affinity constants from the interactions between protein antigens and antibodies specific for single or multiple epitopes // Analyst. 1998. -V. 123.-P. 1599-1603.

480. Englebienne P., van Hoonacker A., Valsamis J. Rapid homogeneous immunoassay for human ferritin in the Cobas Mira using colloidal gold as the reporter reagent // Clin. Chem. 2000. - V. 46. - P. 2000-2003.

481. Englebienne P., van Hoonacker A., Verhas M. High-throughput using the surface plasmon resonance effect of colloidal gold nanoparticles // Analyst. 2001. - V. - 126. - P. 1645-1648.

482. Nath N., Chilkoti A. Label Free Colorimetric Biosensing Using Nanoparticles // J. Fluoresc. 2004. - V. 14. - P. 377-389.

483. Nath N., Chilkoti A. A Colorimetric Gold Nanoparticle Sensor to Interrogate Biomolecular Interactions in Real Time on a Surface // Anal. Chem. 2002. - V. 74. - P. 504-509.

484. Dahlin A., Zach M., Rindzevicius Т., Kail M., Sutherland D.S., Hook F. Localized Surface Plasmon Resonance Sensing of Lipid-Membrane-Mediated Biorecognition Events //J. Am. Chem. Soc. 2005. - V. 127. -P. 5043-5048.

485. Frederix F., Friedt J. M., Choi К. H., Laureyn W., Campitelli A., Mondelaers D., Maes G., Borghs G. Biosensing Based on Light Absorption of Nanoscaled Gold and Silver Particles // Anal. Chem. 2003. - V. 75. -P. 6894-6900.

486. Nusz G.J., Marinakos S.M., Curry A.C., Dahlin A.F., Wax A., Chilkoti A. Label-Free Plasmonic Detection of Biomolecular Binding by a Single Gold Nanorod. // Anal. Chem 2008. - V. 80. - P. 984-989.

487. Mirkin C.A., Ivanisevic A., Taton T.A., Letsinger R.L., Viswanadham G. PCR-Less Detection of Genomic DNA with Nanoparticle Probes // Abstracts of Papers; American Chemical Society. — 2001. V. 222. - P.41. U578.

488. Raschke G., Kowarik S., Franzl T., Sonnichsen C., Klar T.A., Feldmann J., Nichtl A., Kurzinger K, Biomolecular Recognition Based on Single Gold Nanoparticle Light Scattering // Nano Lett. 2003. - V. 3. - P. 935-938.

489. McFarland A. D., Van Duyne R. P. Single Silver Nanoparticles as RealTime Optical Sensors with Zeptomole Sensitivity // Nano Lett. 2003. - V. 3.-P. 1057-1062.

490. Rindzevicius T., Alaverdyan Y., Dahlin A., Hook F., Sutherland D.S., Kail M. Plasmonic Sensing Characteristics of Single Nanometric Holes // Nano Lett. 2005. - V. 5. - P. 2335-2339.

491. Sherry L.J., Jin R.C., Mirkin C.A., Schatz G.C., Van Duyne R.P. Localized Surface Plasmon Resonance Spectroscopy of Single Silver Triangular Nanoprisms // Nano Lett. 2006. - V. 6. - P. 2060-2065.

492. Nusz G.J., Curry A.C., Marinakos S.M., Wax A., Chilkoti A. Rational Selection of Gold Nanorod Geometry for Label-Free Plasmonic Biosensors // ACS Nano. 2009. - V. 3. - P. 795-806.

493. Jeanmaire, D. L.; Van Duyne, R. P. Surface Raman electrochemistry part I. Heterocyclic, aromatic, and aliphatic amines adsorbed on the anodized silver electrode // J. Electroanal. Chem. 1977. - V. 84. - P. 1-20.

494. Pavan Kumar G.V., Shruthi S., Vibha В., Ashok Reddy B.A., Kundu Т.К., Narayana Ch. Hot Spots in Ag Core-Au Shell Nanoparticles Potent for Surface-Enhanced Raman Scattering Studies of Biomolecules // J. Phys. Chem. C. 2007. - V 111. - P. 4388-4392.

495. Haynes C.L., McFarland A.D., Van Duyne R.P. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy // Anal. Chem. 2007 - V. 77. - P. 338 A-346 A.

496. Qian X., Zhou X., Nie Sh. Surface-Enhanced Raman Nanoparticle Beacons Based on Bioconjugated Gold Nanocrystals and Long Range Plasmonic Coupling // J. Am. Chem. Soc. 2008. - V. 130. - P. 14934-14935.

497. Kneipp J., Kneipp H., Rice W.L., Kneipp K. Optical Probes for Biological Applications Based on Surface-Enhanced Raman Scattering from Indocyanine Green on Gold Nanoparticles // Anal. Chem. 2005. — V. 77. -P. 2381-2385.

498. Keating Ch.D., Kovaleski K.M., Natan M.J. Protein:Colloid Conjugates for Surface Enhanced Raman Scattering: Stability and Control of Protein Orientation // J. Phys. Chem. B. 1998. -V. 102. - P. 9404-9413.

499. Seney C.S., Gutzman B.M., Goddard R.H. Correlation of Size and Surface-Enhanced Raman Scattering Activity of Optical and Spectroscopic

500. Properties for Silver Nanoparticles // J. Phys. Chem. C. 2009. - V. 113. -P. 74-80.

501. Alvarez-Puebla R.A., Aroca R.F. Synthesis of Silver Nanoparticles with Controllable Surface Charge and Their Application to Surface-Enhanced Raman Scattering // Anal. Chem. 2009. - V. 81. - P. 2280-2285.

502. Zheng J., Ding Y., Tian B., Wang Zh.L., Zhuang X. Luminescent and Raman Active Silver Nanoparticles with Polycrystalline Structure // J. Am. Chem. Soc. -2008. V. 130. - P. 10472-10473.

503. McLellan J.M., Li Z.-Y., Siekkinen A.R., Xia Y. The SERS Activity of a Supported Ag Nanocube Strongly Depends on Its Orientation Relative to Laser Polarization//Nano Lett. 2007. - V. 7.-P. 1013-1017.

504. Rycenga M., Kim M.H., Camargo P.H.C., Cobley C., Li Zh.-Y., Xia Y. Surface-Enhanced Raman Scattering: Comparison of Three Different Molecules on Single-Crystal Nanocubes and Nanospheres of Silver // J. Phys. Chem. A. -2009. -V. 113. P. 3932-3939.

505. Alvarez-Puebla R.A., Ross D.J., Nazri G.-A., Aroca1 R.F. Surface-enhanced'j

506. Raman scattering on nanoshells with tunable surface plasmon resonance // Langmuir. 2005. - V. 21. - P. 10504-10508.

507. Levin C.S., Kundu J., Janesko B.G., Scuseria G.E., Raphael R.M., Halas N.J. Interactions of ibuprofen with hybrid lipid bilayers probed by complementary Surface-enhanced vibrational spectroscopies // J. Phys. Chem. B. — 2008. — V. 112.-P. 14168-14175.

508. F. Wei, Do. Zhang, N.J. Halas, J.D. Hartgerink aromatic amino acids providing characteristic motifs in the Raman and SERS spectroscopy of peptides // J. Phys. Chem. B. 2008. - V. 112. - P. 9158-9164.

509. Chen J., McLellan J.M., Siekkinen A., Xiong Yu., Li Zh.-Y., Xia Y. Facile synthesis of gold-silver nanocages with controllable pores on the surface // J. Am. Chem. Soc. 2006. - V. 128. - P. 14776-14777.

510. Schwartzberg A.M., Zhang J.Z. Novel optical properties and emerging applications of metal nanostructures I I J. Phys. Chem. C. 2008. - V. 112. -P. 10323-10337.

511. Hu M., Chen J., Marquez M., Xia Y., Hartland G.V. Correlated rayleigh scattering spectroscopy and scanning electron microscopy studies of Au-Ag bimetallic nanoboxes and nanocages // J. Phys. Chem. C. — 2007. -V, Ill,-P. 12558-12565.

512. Schwartzberg A.M., Grant Ch.D., Wolcott A., Talley Ch.E., Huser T.R., Bogomolni R., Zhang J.Z. Unique gold nanoparticle aggregates as a highly active surface-enhanced raman scattering substrate // J. Phys. Chem;. B. — 2004:-V. i08i-PM9191-19197.,

513. Zh. Sun, Y. Li, Y. Wang, X. Chen, J. Zhang, K. Zhang, Z. Wang, Ch. Bao, J. Zeng, B. Zhao, B. Yang // Three-dimensional colloidal crystal-assisted lithography for two-dimensional patterned arrays // Langmuir. — 2007. — V. 23.-P. 10725 -10731.t .

514. Alvarez-Puebla R., Cui B., Bravo-Vasquez J.-P., Veres T., Fenniri H.

515. Nanoimprinted SERS-active substrates with (unable surface plasmon resonances // J: Phys. Chem. C. -2007. V. 111.-P: 6720-6723.

516. Camden J.P!, Dieringer J.A., Zhao J., Van; Duyne R.P. Controlled plasmonic nanostructures for surface-enhanced spectroscopy and sensing // Acc. Chem. Res.-2008.-V. 41.-P. 1653-1661.

517. Felidj N., Lau Truong S:, Aubard J., Levi G. Gold particle interaction in regular arrays probed by surface enhanced Raman scattering // J. Chem. Phys. 2004. - V. 120. - P. 7141-7146.

518. Prikulis J., Svedberg F., Kail M., Enger J., Ramser K., Goksor M., Hanstorp D. Optical spectroscopy of single trapped metal nanoparticles in solution // Nano Lett. 2004. - V. 4. - P. 115-118.

519. Mock J.J., Smith D.R., Schultz S Local refractive index dependence of plasmon resonance spectra from individual nanoparticles // Nano Lett. -2003. — V. 3. P. 485-491.

520. Imura K., Nagahara T., Okamoto H. Plasmon mode imaging of single gold nanorods // J. Am. Chem. Soc. 2004. - V. 126. - P. 12730-12731.

521. Wang H.F., Huff T.B., Zweifel D.A., He W., Low P.S., Wei A., Cheng J. X. In vitro and in vivo two-photon luminescence imaging of single gold nanorods 11 Proc. Natl. Acad. Sci. 2005. - V. 102. - P. 15752-15756.

522. Sonnichsen C., Alivisatos A.P. Gold nanorods as novel nonbleaching plasmon-based orientation sensors for polarized single-particle microscopy //Nano Lett. 2005. V. 5. - P. 301-304.

523. Sokolov K., Aaron J., Hsu B. Optical systems for in vivo molecular imaging of cancer // Technol. Cancer Res. Treatment. — 2003. V. 2. - P. 491-504.

524. Orendorff C.J., Baxter S.C., Goldsmith E.C., Murphy C.J Light Scattering from Gold Nanorods: Tracking Material Deformation // Nanotechnology. 2005.-V. 16.-P. 2601-2605.

525. Stone J.W., Sisco P.N., Goldsmith E.C., Baxter S.C., Murphy C.J. Using Gold Nanorods to Probe Cell-Induced Collagen Deformation // Nano Lett. -2007. -V. 7. P. 116-119.

526. Pissuwan D., Valenzuela S.M., Cortie M.B. Prospects for Gold Nanorod Particles in Diagnostic and Therapeutic Applications // Biotechnology and Genetic Engineering Reviews. 2008. -V. 25. - P. 93-112.

527. Hu R., Yong K.-T., Roy I., Ding H., He S., Prasad P.N. Metallic Nanostructures as Localized Plasmon Resonance Enhanced Scattering Probes for Multiplex Dark-Field Targeted Imaging of Cancer Cells // J. Phys. Chem. C. -2009. -V. 113. -P. 2676-2684.

528. Zharov V., Galanzha E., Shashkov E., Khlebtsov N., Tuchin V. In vivo photoacoustic flow cytometry for monitoring of circulating single cancer cells and contrast agents II Opt. Lett. 2006. - V. 31. - P. 3623-3625.

529. Mallifi S., Larson T., Aaron J., Sokolov K., Emelianov S. Molecular specific optoacoustic imaging with plasmonic nanoparticles // Opt. Express. 2007. - V. 15. - P. 6583-6588.

Информация о работе

Хлебцов, Борис Николаевич
доктора физико-математических наук
Саратов, 2010
ВАК 03.01.02

Диссертация

Плазмонно-резонансные наночастицы для биомедицинских приложений - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы