26226

بررسي محاسباتي اثر ساختار ليگاند و دما بر حلاليت نانوذرات طلا

دكتري

شيمي-فيزيك

1395-1400

1400/9/24

دكتر سيد مجيد هاشميان زاده

شيمي

نانوذرات به‌ويژه نانوذرات طلا در سال‌هاي اخير توجه زيادي را به خود جلب كرده‌اند زيرا با كوچك شدن اندازه‌ي ذرات، نسبت سطح به حجم آن‌ها افزايش مي‌يابد و بسياري از خواص فيزيكي و شيميايي آن‌ها به‌طور قابل‌توجهي تغيير مي‌كند كه بسته به ويژگي‌هاي آن‌ها مي‌توان در زمينه‌هاي مختلف از آن‌ها استفاده كرد. براي مثال، اين ذرات كاربرد گسترده‌اي در روش هاي گرمادرماني و شيمي‌درماني به‌منظور از بين بردن سلول هاي سرطاني دارند. در اين پروژه، به بررسي اثر ليگاندهاي مختلف و هم‌چنين تغيير طول زنجيره ي كربني آن ها و نيز تغيير دما بر خواص نوري ، الكتروني و حلاليت نانوذرات طلاي 18 اتمي با استفاده از روش‌هاي شيمي محاسباتي ازجمله محاسبات مكانيك كوانتومي و ديناميك مولكولي، پرداخته شده است. در بخش اول كار، ليگاندهاي 1و1-مركاپتواتيل الكل، بتا-مركاپتواتانول، سيستئامين و تيوگليكوليك اسيد بر روي اتم‌هاي گوگرد در ساختار طلاي مركزي با فرمول Au18S14 قرار داده شدند و محاسبات نشان داد كه از بين ساختارهاي بررسي شده در اين بخش، نانوذره‌ي داراي ليگاندهاي 1و1-مركاپتواتيل الكل داراي بهترين خواص نوري و الكتروني جهت استفاده در روش‌هاي درمان سرطان مانند گرمادرماني است. هم‌چنين مشخص شد كه تركيب يادشده حلاليت بهتري نيز دارد. در قسمت دوم كار، از ليگاندهاي 2-دي متيل آمينو اتان تيول، 4-مركاپتوبنزوئيك اسيد و 3-مركاپتوپروپيونيك اسيد استفاده شد و ضمن مقايسه ي خواص نوري و ديناميكي اين ساختارها، به‌منظور بررسي اثر تغيير دما محاسبات شبيه‌سازي در سه دماي 290، 300 و 310 كلوين كه محدوده‌ي دماهاي زيستي هستند، نيز انجام شدند و مشخص شد كه افزايش دما باعث افزايش پايداري و حلاليت نانوذرات عامل دار شده مي‌شود. از بين اين ساختارها، نانوذره داراي ليگاندهاي 4-مركاپتوبنزوئيك اسيد داراي بيشترين حلاليت در هر سه دما است. هم‌چنين با ايجاد تغيير طول زنجيره‌ي كربني در ساختار داراي ليگاندهاي 3-مركاپتو پروپيونيك اسيد، ساختارهاي با ليگاندهاي 4-مركاپتوبوتيريك اسيد و 5-مركاپتوپنتانوئيك اسيد كه به ترتيب داراي زنجيره‌ي چهار و پنج كربني هستند، حاصل شدند و به‌اين‌ترتيب به بررسي اثر افزايش طول ليگاند پرداخته شد و اين نتيجه حاصل شد كه افزايش طول زنجيره‌ي كربني تا حد مشخصي، مي‌تواند باعث افزايش ميزان پايداري و حلاليت نانوذره‌ي موردنظر شود اما افزايش بيش‌ازحد طول زنجيره‌ي كربني مي‌تواند منجر به كاهش حلاليت ساختارها شود.

1400/12/03

Computational study of the effect of temperature and ligand structure on the solubility of gold nanoparticles

12/15/2022 12:00:00 AM

Nanoparticles, especially gold nanoparticles, have attracted a lot of attention in recent years. With decreasing the size of a particle, its surface-to-volume ratio increases, and many of its properties change significantly. Gold nanoparticles are used widely in the biological and medical fields. They can generate high heat to kill cancer cells in hyperthermia and carry different types of drugs in chemotherapy. In this project, the impression of ligands type and carbon chain length of them, and temperature on the solubility, optical and electronic properties of the smallest gold nanoparticle with the general formula of Au18S14, was investigated in water solvent. Quantum mechanical calculations and molecular dynamics simulations were employed to obtain the data. In the first part of the work, ligands including 1,1-Mercaptoethyl alcohol, Beta-Mercaptoethanol, Cysteamine, and Thioglycolic acid add to the sulfur atoms in the central gold structure with the general formula of Au18S14. Calculations of the electronic and dynamic properties showed 1,1-mercaptoethyl alcohol-containing particle has the best electronic properties in terms of light absorption and safety for use in cancer treatment methods such as hyperthermia. Also, dipole moment, chemical hardness, radial distribution function, mean square displacement, and solvent free energy data showed that the nanoparticle with 1,1-mercaptoethyl alcohol ligands is more soluble than other nanoparticles. In the second part of the work, 2-Dimethylaminoethane thiol, 4-Mercaptobenzoic acid, and 3-Mercaptopropionic acid ligands were applied to the gold nanoparticle. Studies of the properties of these structures in three temperatures: 290, 300, and 310 K, showed that increasing the temperature leads to more solubility. Among these structures, nanoparticles containing 4-mercaptobenzoic acid ligands have the highest solubility at all three temperatures. Also, by changing the carbon chain length in the particle with 3-mercaptopropionic acid ligands, molecules with 4-mercaptobutyric acid and 5-mercaptopentanoic acid ligands, which have four- and five-carbon chains, respectively, were obtained. So, examining the length of the ligand showed that increasing the length of the carbon chain to a certain extent can improve the stability and solubility of the nanoparticle.

نانوذرات طلا , حلاليت , خواص نوري و الكتروني , محاسبات مكانيك كوانتومي , شبيه‌سازي ديناميك مولكولي

Gold nanoparticles , Solubility , Optical and electronic properties , Quantum mechanical calculations , Molecular dynamics simulation

ماندانا تراكمه ساماني

دكتر سيد مجيد هاشميان زاده