Наночастицы (NP) обычно определяются как частицы, которые имеют по меньшей мере один размер, длина которого меньше 100 нм. Традиционные химические методы синтеза NP обычно требуют опасных восстановителей, таких как борогидриды и гидразины. Напротив, лазерная абляция твердых металлических целей, погруженных в жидкую среду (импульсная лазерная абляция в жидкостях - PLAL), обеспечивает экологически чистый путь синтеза NP, который удовлетворяет всем 12 принципам зеленой химии 1 , 2 . В PLAL подводная металлическая мишень облучается повторными лазерными импульсами. Когда лазер удаляет мишень, плотный шлейф атомных кластеров и пара высвобождается в жидкую среду, где NP быстро сливаются. NP, полученные PLAL, тонко диспергированы в водной среде, а размер, полидисперсность и состав NP могут легко регулироваться путем изменения водной абляционной жидкости,1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 .
Характеристики наночастиц могут быть настроены путем корректировки ряда параметров лазера, включая: флюенс, длину волны и длительность импульса (см. Ссылку 7 ). Флюенс лазера рассчитывается как энергия импульса, деленная на площадь лазерного пятна на поверхности мишени. Точные эффекты флюенса по размеру и полидисперсности НП несколько противоречивы. В целом было показано, что для «длинных» и «ультракоротких» импульсных лазерных систем существуют режимы с низким и высоким уровнем флюенса, которые приводят к отрицательным и положительным тенденциям в размере, соответственно 8 , 9 , 10 , 11 . Размер дистрибутива NPМогут быть эмпирически измерены с использованием таких методов, как динамическое рассеяние света и просвечивающая электронная микроскопия (ТЕА), как описано ниже.
Выбор длины волны лазера может влиять на физические механизмы, с помощью которых формируются NP. При более коротких (ультрафиолетовых) длинах волн фотоны с высокой энергией способны разрушать межатомные связи 12 . Этот механизм фотоабразии является примером синтеза НП-нисходящего потока, поскольку он приводит к высвобождению сверхмалых фрагментов материала, которые, как правило, производят более крупные полидисперсные образцы при гашении в погружной жидкости 12 , 13 , 14 . Напротив, ближняя инфракрасная абляция (λ = 1,064 нм) дает механизм синтеза снизу вверх, в котором преобладает аблация плазмы 12 . Лазерное поглощение мишенью освобождает электроны, которые сталкиваются с, а затем свободными связанными электронами. Поскольку cУвеличиваются, материал ионизируется, тем самым воспламеняя плазму. Окружающая жидкость ограничивает плазму, повышает ее стабильность и дополнительно увеличивает поглощение 12 . По мере того, как расширяющаяся плазма гасится ограничивающей жидкостью, NPs конденсируются с различными геометриями 4 , 12 , 15 .
Выбор длительности лазерного импульса может еще больше повлиять на процесс формирования NP. Обычно используемые длинные импульсные лазеры с длительностью импульса, превышающей несколько пикосекунд, включают в себя все милли-микро, нано и некоторые пикосекундные импульсные лазеры. В этом широтно-импульсном режиме длительность лазерного импульса больше времени электрон-фононного уравновешивания, которое обычно составляет порядка нескольких пикосекунд 4 , 16 , 17 , 18 , 19, Это приводит к утечке энергии в окружающую среду абляции и образованию НП посредством тепловых механизмов, таких как термоэлектронное излучение, испарение, кипение и плавление 1 , 20 .
На антибактериальную активность НП сильно влияет размер частиц 21 , 22 , 23 , 24 . Чтобы улучшить уменьшение размера и монодисперсность, NP могут быть облучены во второй раз с использованием лазера с длиной волны вблизи поверхностного плазмонного резонанса (SPR) NP. Падающее лазерное излучение поглощается NP через возбуждение SPR. Фрагментация NP может происходить либо при термическом испарении 25 , 26, либо в кулоновском взрыве 27 , 28 . Фотовозбуждение поднимает tОн температуры НП выше точки плавления, что приводит к просачиванию внешнего слоя частицы. Было показано, что добавление агентов, таких как поливинилпирролидон (PVP) или додецилсульфат натрия (SDS) к раствору, может значительно улучшить эффекты после облучения 5 . Влияние добавления различных растворенных веществ описано в нескольких отчетах 1 , 4 , 6 . Легкость манипулирования NP-характеристиками PLAL дает новый метод для разработки новых противомикробных препаратов на основе NP.