Oprócz zastosowań w przemyśle szklarskim nanocząstki złota cieszą się obecnie bardzo szerokim wykorzystaniem w medycynie, kosmetologii, farmacji, a także wielu innych dziedzinach. Ze względu na gwałtowny rozwój nanotechnologii skupiono się przede wszystkim na zastosowaniach medycznych, w których odpowiednio modyfikowane nanocząstki mogą przyczynić się np. do wczesnego zdiagnozowania nowotworu poprzez wykorzystanie ich w biosensorach. Ponadto same w sobie nanocząstki złota oraz srebra, w postaci np. koloidalnej, są powszechnie używane jako środki dezynfekujące ze względu na swoje właściwości przeciwbakteryjne, antywirusowe czy też przeciwgrzybicze. Popularność zyskały także dzięki zastosowaniu w kosmetykach, gdyż dzięki ich małemu rozmiarowi (10^-9m) są w stanie wnikać w głębsze warstwy skóry, a przez to redukować zmarszczki czy działać silnie nawilżająco. Należy jednak pamiętać, że istotną kwestią jest w związku z tym dokładne sprawdzanie ich pod kątem toksyczności dla organizmu, a także ustalenie regulacji prawnych i wykonanie szeregu badań dermatologicznych, alergologicznych i wielu innych. Mimo wszystko nanocząstki, a szczególnie nanocząstki złota, okazują się bardzo ciekawe pod kątem ich rozmaitego wykorzystania i właściwości.

Purpura Kasjusza

Jednym z ciekawszych zastosowań nanocząstek złota (tzw. AuNPs – z ang. Gold Nanoparticles), a konkretniej zolu tego pierwiastka o barwie czerwonej, jest purpura Kasjusza służąca do produkcji szkła rubinowego. Jako pierwszy proces wytwarzania czerwonego szkła opisał w XVII w. niejaki Andreas Cassius, od którego nazwiska pochodzi nazwa tego związku. Otrzymał on wspomnianą purpurę poprzez zmieszanie HAuCl₄ (kwasu chlorozłotowego) z SnCl₂, czyli chlorkiem cyny (II). Do rozpuszczonego kwasu chlorozłotowego dodawany jest czynnik redukujący, a jony złota na +III stopniu utlenienia redukują się do Au na zerowym stopniu (czyli stopnia podstawowego w formie pierwiastka). Prowadzi to do rozpoczęcia formowania się nanocząstek złota ze względu na nasycenie roztworu. Należy też nadmienić, że za każdym razem do roztworu dodaje się czynnik stabilizujący, który zapobiega agregacji cząstek. Kwas złotowy natomiast otrzymuje się poprzez działanie wody królewskiej (3HCl:HNO₃) na złoto, a oprócz wymienionego zastosowania można go użyć np. jako elektrolitu w procesie pozłacania. Mimo opisania przez Cassiusa wspomnianego procesu, przez długi czas nie było wiadomo, dlaczego i w jaki sposób podana reakcja zachodzi z wytworzeniem charakterystycznego, rubinowego koloru. Przez kolejne stulecia próbowano odgadnąć mechanizm jego powstawania, aż w końcu  na przełomie XIX i XX w., kiedy to nastąpił rozwój w dziedzinie fizyko-chemii, udało się przybliżyć nadawanie czerwonego koloru przez złoto koloidalne. Ze względu na właściwości optyczne, a także cechy samego koloidu, czerwone szkło oglądane pod różnym kątem może przyjąć barwę czerwoną lub zieloną. Najstarszym przykładem tego typu zjawiska jest puchar Likurga, który przyjmuje różne zabarwienie w zależności od światła i płynów w nim się znajdujących.  

Otrzymywanie nanocząstek złota

Istnieje sześć możliwych stopni utlenienia złota, w zakresie od -1 do +5, które decydują o unikalnych właściwościach złota, jednak do dwóch głównych należy złoto na +I i +III stopniu. Ze względu na wspomniane już właściwości optyczne i chemiczne nanocząstki złota cieszą się dużą popularnością, a do ich najważniejszych zalet należą m.in. wysoki stosunek powierzchni do objętości oraz wzmocniona przepuszczalność. Metod otrzymywania nanocząstek złota jest bardzo dużo, a główną z nich jest wspomniana redukcja kwasu chlorozłotowego. Obecnie jednak istnieją już bardziej nowoczesne i precyzyjne technologie pozwalające na modyfikację nanocząstek w zakresie kształtu czy wielkości. Do klasycznych metod otrzymywania nanozłota można zaliczyć:

• metodę Turkevicha, która według danych literaturowych, jest najprostszą metodą otrzymywania nanocząstek złota, a Turkevich jako pierwszy opisał metodę ich syntezy w latach 50. XX w.; w metodzie tej nanozłoto otrzymuje się w wyniku reakcji gorącego kwasu chlorozłotowego z cytrynianem sodu, w wyniku czego powstałe nanocząstki są zawieszone w wodzie, a ich średnica wynosi 10-20 nm; metoda ta została później ulepszona przez kolejnych badaczy,
• metodę Brusta (lub Brusta-Schiffrina), w której do otrzymania nanocząstek złota używa się rozpuszczalników organicznych; metoda ta została zaproponowana w latach 90. XX w., a powstałe nanocząstki są bardzo małe (2-6 nm),
• metodę Perraulta, która jest bardziej nowoczesną metodą, opisaną w 2009 r.; polega ona na redukcji kwasu chlorozłotowego za pomocą hydrochinonu w rotworze zawierającym ziarna złotych nanocząstek o wielkości 15 nm; otrzymane nanołoto posiada jednak cząsteczki o średnicy 30-300 nm,
• metodę Baigneta i Müllera, która według niektórych źródeł, jest ulepszoną metodą Turkevicha; w metodzie tej dodatkowo stosowane są ultradźwięki, które dostarczają energię dla reakcji prowadzących do wytworzenia nanozłota o średnicy 10 nm; odmianą tej metody jest użycie kwasu chlorozłotowego i glukozy, w której wykorzystywane są rodniki jako reduktory,
• metodę Martina i Eaha, wprowadzoną w 2010 r.; w metodzie tej kwas chlorozłotowy redukowany jest borowodorkiem sodu bez czynnika stabilizującego; otrzymane cząstki są zawieszone w wodzie, a ich średnica wynosi 3-5 nm,
• metodę Navarro, która jest następną modyfikacją metody Turkevicha, w której dodaje się organiczny związek o nazwie acetyloacetonian sodu, co umożliwia redukcję Au +III do Au +I; kolejno dodaje się cytrynian sodu w celu dalszej redukcji Au +I do Au pierwiastkowego (stopień utlenienia = 0),
• ablację laserową, czyli odparowanie materiału z powierzchni ciała stałego z pominięciem stanu ciekłego,
• syntezę Sakaia, w której do reakcji redukcji wykorzystywane są kopolimery blokowe.

Co ciekawe, próbowano także uzyskać nanocząstki z naturalnych surowców, jak np. czarna herbata, cynamon czy aloes. Oprócz ww. metod otrzymywania nanocząstek złota istnieje szereg wielu innych, które cały czas są dopracowywane i modyfikowane. Można do nich zaliczyć: metody chemiczne, fizyczne, biologiczne czy fizykochemiczne. Najogólniej mówiąc, metody chemiczne opierają się przede wszystkim na procesach redukcji jonów metali, jednak nie są one przyjazne dla środowiska ze względu na toksyczność reagentów, np. rozpuszczalników. Do metod fizycznych natomiast można zaliczyć: rozkład termiczny, użycie promieni mikrofalowych czy też łuku elektrycznego. Obecnie poszukuje się jednak bardziej ekologicznych metod, które nie zanieczyszczałyby środowiska, a przy tym byłyby wydajne. Do nich właśnie można zaliczyć metody biologiczne, w których jako materiał redukujący używa się np. mikroorganizmów. W geochemii chociażby nanocząstki są uznawane za niezwykle ważne w procesach wietrzenia, biomineralizacji czy też migracji metali. Inną metodą jest metoda fotochemiczna, która cechuje się dużą szybkością, wydajnością i otrzymaniem jednorodnych nanocząstek. W metodzie tej wykorzystuje się rezonans plazmowy, który pozwala na kontrolę rozmiaru i kształtu nanocząstek, a dzięki zmianie długości fali światła – również i morfologię układów.

Nowoczesne metody syntezy nanocząstek złota i badanie ich właściwości

Oprócz wspomnianych już zalet nanocząstek złota do jednej z najważniejszych należy duża możliwość ich modyfikacji oraz metod ich otrzymywania, co przekłada się na ich selektywne wykorzystanie w wielu dziedzinach. W jednym z badań zastosowano metodę otrzymywania nanocząstek złota poprzez redukcję chemiczną wspomaganą promieniowaniem mikrofalowym, dzięki czemu otrzymane cząstki miały wykazywać większą stabilność. Efekt ten zbadano za pomocą analizy spektrofotometrycznej i okazało się, że dzięki wspomaganiu procesu syntezy promieniowaniem mikrofalowym uzyskano nanocząstki o różnej wielkości i stabilności w zawiesinie, w zależności od warunków pomiarowych. Jest to więc jeden z przykładów modyfikacji dotychczasowych, klasycznych metod wytwarzania nanocząstek złota w celu otrzymania produktu o pożądanych właściwościach. Kolejnym przykładem, tym razem modyfikacji materiału za pomocą użycia nanocząstek złota, jest synteza mezoporowatych węgli. W badaniach skupiono się na wykorzystaniu metody elektroosadzania w celu modyfikacji wspomnianych węgli nanocząsteczkami złota. Ze względu na dobrze rozwiniętą strukturę porowatą, a także wysoką selektywność tak przygotowany materiał wykorzystano w czujniku do wykrywania nadtlenku wodoru w bardzo niskim stężeniu. Otrzymane materiały zbadano przy użyciu skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), a także w celu lepszego poznania ich struktury – rentgenografii strukturalnej. Należy dodać, że same w sobie mezoporowate węgle mogą służyć jako materiał do przechowywania wodoru dla ogniw paliwowych. W innym badaniu skupiono się z kolei na syntezie nanocząstek złota na powierzchni koloidów krzemionkowych, w celu otrzymania nanostruktury krzemionkowo-metalicznej. Materiały te cieszą się wyjątkowymi właściwościami katalitycznymi, a także wykazują biokompatybilność, dzięki czemu mogą być stosowane w katalizie chemicznej, optoelektronice czy inżynierii środowiska. Jako kolejny przykład można tutaj podać wykorzystanie metod elektrochemicznych do badań właściwości tiolowanych nanocząstek złota. W tym przypadku użyto metod woltamperometrycznych w celu zbadania modyfikowanych nanocząstek złota dla ustalenia dokładnej struktury molekularnej mającej wpływ na przewodnictwo elektryczne. Podobną próbę modyfikacji podjęto także w celu zastosowania związków zawierających nanocząstki złota w medycynie jako nośniki leków. W jednej z ostatnich prac opisano natomiast próbę modyfikacji nanocząstek złota polifenolem, jakim była kwercetyna. Otrzymane koloidy zbadano następnie spektroskopią UV-VIS celem potwierdzenia tworzenia się nanostruktur złota. Na koniec należy podkreślić, że badań na temat modyfikacji i tym samym otrzymywania nanocząstek złota jest mnóstwo, a nanotechnologia wciąż jest rozwijana, co może przynieść wymierne korzyści w wielu dziedzinach nauki.