El coloide de oro es una suspensión de nanopartículas de oro en un medio fluido que puede ser el agua o un gel . Dependiendo del tamaño y concentración de las partículas en suspensión, su color varía de rojo brillante (para partículas de menos de 100 nanómetros ), a amarillento (para partículas más grandes).
Conocido desde la antigüedad, el oro coloidal se utilizó originalmente para colorear vidrio y porcelana . El estudio científico de esta mezcla homogénea no comenzó hasta la obra de Michael Faraday en la década de 1850 .
Debido a sus propiedades únicas de reconocimiento óptico, electrónico y molecular, las nanopartículas de oro son el objeto de una extensa investigación, con múltiples campos de aplicación tales como la microscopía electrónica , la electrónica , la nanotecnología , la ciencia de materiales. Y la nanomedicina.
Las propiedades y aplicaciones de las nanopartículas de oro coloidal dependen de su forma. Por ejemplo, las partículas de varilla tienen un pico de absorción de luz que es tanto transversal como longitudinal, y esta anisotropía condiciona su propia cohesión.
El oro coloidal se conoce y se utiliza desde la antigüedad romana para preparar los vasos de color rubí de sangre de hematino , según la lectura de Plinio el Viejo . . Para XVIII º siglo , varios químicos refiere a un método por reacción de oro con el estaño, que se traduce en un pigmento de color púrpura. Este último, colocado en suspensión acuosa, permite obtener una variedad de oro coloidal.
Aunque esta preparación lleva el nombre de Andreas Cassius ( 1605 - 1673 ), la preparación ya se conocía hace 25 años y fue descrita por los químicos alemanes Johann Rudolf Glauber ( 1604 - 1670 ) y Johann Kunckel ( 1630 - 1703 ). Este "Casio púrpura" también se utilizaba ya en una fábrica de Potsdam en 1679 . La preparación consistió en sumergir un portaobjetos de estaño en una solución que contenía oro . El cloruro de oro se descompone mediante protocloruro y dicloruro de estaño . El depósito de color púrpura resultante se lavó con agua destilada y se secó cuidadosamente. Nos encontramos con la púrpura de Cassius en la fábrica real de Sèvres , al comienzo de la XVIII ª siglo con el orfebre Anthony Salomón Taunay .
La "púrpura de Cassius" se disuelve en vidrio fundido o cristal , que se tiñe de rosa o rojo rubí profundo ("rubí de Kunkel"). También se usó para la porcelana , en particular para la producción de las llamadas porcelanas " famille rose " durante la dinastía Qing .
El oro coloidal fue estudiado por Richard Adolf Zsigmondy, quien ganó el Premio Nobel de Química en 1925 por su trabajo sobre coloides.
Las soluciones de oro coloidal se preparan principalmente por reducción de sales de oro, típicamente ácido cloraúrico (HAuCl 4). Una vez que la sal de oro se ha disuelto, la solución se agita vigorosamente y se agrega el agente reductor, reduciendo los iones Au 3+ a átomos de oro neutros. Durante la reacción se producen cada vez más átomos de oro, la solución se sobresatura y los átomos de oro comienzan a precipitar como partículas subnanométricas . Los átomos de oro en solución se agregan alrededor de estas partículas, y si la solución se agita bien se puede obtener un tamaño de partícula homogéneo. Para evitar que las partículas se agreguen juntas, se pueden agregar agentes estabilizantes.
El método de síntesis de oro coloidal más simple fue descrito en 1951 por Turkevich, luego revisado en la década de 1970 por Frens. Generalmente produce nanopartículas de oro relativamente monodispersas, con un diámetro del orden de 10 a 20 nm . La síntesis se basa en la reacción de pequeñas cantidades de HAuCl 4caliente con pequeñas cantidades de citrato de sodio en solución, desempeñando este último tanto el papel de agente reductor como de agente estabilizador. La formación de nanopartículas de oro pasa por un estado intermedio en el que se crean nanocables de oro, lo que explica el color muy oscuro observado durante la reacción antes de la aparición de un característico color rubí . Se pueden producir partículas más grandes reduciendo la cantidad de citrato de sodio , pero estas partículas exhiben monodispersidad y formas menos homogéneas.
El método descrito por Brust en 1994 permite preparar soluciones coloidales de oro en disolventes orgánicos inmiscibles con agua, como el tolueno . El diámetro medio de las nanopartículas formadas es del orden de 1 a 5 nm . En esta síntesis, el ácido cloraúrico reacciona con el tetrahidruroborato de sodio , que actúa como agente reductor, en presencia de bromuro de tetraoctilamonio (en) , que actúa como agente estabilizador y catalizador de transferencia de fase . El bromuro de tetraoctilamonio no se une muy fuertemente a la superficie del oro y gradualmente después de dos semanas las nanopartículas se agregan y precipitan. El uso de tioles , y en particular de alcanetioles, permite prevenir esta agregación y obtener soluciones coloidales casi permanentes.
En 2009 , Perrault y Chan describieron la síntesis de soluciones de oro coloidal con un diámetro del orden de 50 a 200 nm utilizando hidroquinona como agente reductor del ácido cloraúrico en una solución acuosa que contiene nanopartículas de oro más pequeñas. El uso de citrato permite controlar el crecimiento de nanopartículas. Este método es un complemento del método de Turkevich y Frens para obtener partículas esféricas y monodispersas de mayor tamaño.
Pueden prepararse mediante sonoquímica nanocables de oro de 30 a 50 nm de diámetro y unos pocos micrómetros de longitud . A partir de una solución acuosa de glucosa, el ultrasonido genera radicales hidroxilo que permiten reducir el ácido cloraúrico en nanocables de oro. Estos nanocables son muy flexibles y pueden formar ángulos superiores a 90 °. Cuando la glucosa es reemplazada por ciclodextrina (un oligómero de glucosa), las partículas formadas son esféricas, lo que sugiere un papel particular de la glucosa en la morfología de los nanocables.
El uso de copolímeros de bloque para la síntesis de oro coloidal, descrito por Alexandridis en 2005 , es un método económico, rápido y de bajo impacto medioambiental. En este caso, el copolímero actúa como agente reductor y como agente estabilizador. Una variante de este método permite obtener mayores concentraciones de nanopartículas de oro mediante la adición de citrato de sodio como agente reductor.
El oro coloidal se usó originalmente para colorear vidrio y porcelana (ver Historia). También es apreciado por los artistas por sus intensos colores. .
La industria cosmética lo incluye en los mismos aspectos en varios productos.
El oro coloidal encuentra nuevas aplicaciones para propiedades optoelectrónicas y conductoras, por ejemplo, para células fotovoltaicas orgánicas, sondas optoeléctricas y para otros componentes electrónicos.
El oro coloidal cataliza diversas reacciones químicas. En particular, exhibe una actividad catalítica superior para el CO y otras oxidaciones a baja temperatura, así como sus aleaciones como AuPd para oxidar el metano. Esto conduce en particular a aplicaciones de pilas de combustible .
El oro coloidal se utiliza por sus propiedades de color sensibles a la agregación de partículas (y al medio ambiente), como marcador en biología para diversas técnicas de análisis de diagnóstico. También se utiliza para otras técnicas de análisis sofisticadas.
El oro coloidal permite marcar anticuerpos o antígenos que se utilizarán como reactivos reveladores en pruebas de fase homogénea o en pruebas de fase heterogénea ( pruebas rápidas como Lateral Flow en membranas). Dependiendo de la implementación, la reacción antígeno-anticuerpo hace que la coloración dorada desaparezca o aparezca en presencia del anticuerpo (o el antígeno) de la muestra analizada.
Se utiliza como marcador en técnicas de microscopía electrónica. De hecho, el oro coloidal es particularmente denso y, por lo tanto, opaco a los rayos de electrones. Las nanoperlas de oro utilizadas, típicamente de 10-200 mm de diámetro, se unen a inmunorreactantes, que las inmovilizan sobre los antígenos presentes en los cortes de tejido / propagación celular (técnica de inmunohistología ) mediante observación al microscopio electrónico, lo que permite su ubicación precisa.
El oro coloidal se ha utilizado para detectar interacciones moleculares, por ejemplo, pequeños ligandos con proteínas recombinantes inmovilizadas en nanopartículas, en proteómica.
El oro coloidal permite sondear el medio ambiente mediante la técnica de resonancia de superficie de plasma (SPR), porque las nanopartículas de oro, por su tamaño y propiedades, interactúan con la luz de una manera muy dependiente del medio ambiente. Los diámetros de ~ 30 nm producen la absorción de luz azul-verde (~ 450 nm) mientras que la luz roja (~ 700 nm) se refleja. Con diámetros crecientes, la señal SPR cambia hacia longitudes de onda crecientes a rojo y luego a IR mientras se refleja casi toda la luz visible.
El oro coloidal está indicado por tener efectos antibióticos (antibacterianos, antivirales), sin embargo, dichos efectos potenciales no son reconocidos por la medicina convencional, debido a los posibles efectos tóxicos. También entra como ingrediente menor en la composición de los medicamentos utilizados como oligoelementos.
A nivel de investigación (nanomedicina), se ha demostrado que las nanopartículas de oro son antimicrobianas de amplio espectro (contra bacterias Gram + y Gram-) sin toxicidad para las células de mamíferos, y también se han desarrollado como vector de fármacos.
En 2013, 19 productos referenciados contenían nanopartículas de oro, en particular productos cosméticos. Su uso conlleva su liberación al medio acuático donde desconocemos sus efectos sobre la fauna o la flora. Se han realizado investigaciones sobre el tema para determinar si estos nuevos materiales (nanopartículas) representan un riesgo para el medio acuático. Los estudios ecotoxicológicos realizados en algas unicelulares o bivalvos destacan la importancia de varios factores en la toxicidad de las nanopartículas de oro:
Estos estudios toman como indicadores de los efectos de la toxicidad (en algas) la tasa de crecimiento, el rendimiento fotosintético, la granularidad de la membrana y la morfología.
Los resultados tienden a mostrar que las nanopartículas de oro no son tóxicas para las algas, en las concentraciones actualmente presentes en los medios acuáticos, cuando tienen un recubrimiento cargado negativamente que tiene el efecto de evitar que entren en contacto con ellas. Microorganismos acuáticos (también cargados negativamente ). Además, una vez en el medio natural, el diámetro de las nanopartículas de oro aumenta a concentraciones más bajas (μM), lo que acelera su sedimentación y reduce su movilidad. Sin embargo, se observó una mayor toxicidad en los bivalvos cuando las nanopartículas presentan un recubrimiento cargado positivamente.