Microwave assisted in-situ synthesis of gold nanoparticles in gel system

Gold nanoparticles (AuNPs) combine size-tuneable plasmonic properties with flexible surface chemistry that make them highly attractive for sensing, imaging and controlled therapeutic delivery. Embedding such particles within solid or gel matrices further enhances their stability and enables multifunctional platforms that couple mechanical, swelling and responsive behaviours with plasmonic function. The ability to form both the polymer network and AuNPs in a single one-pot operation, using components of the hydrogel formulation as reducing and stabilising agents, holds potential to simplify processing, improve nanoparticle–matrix cohesion and reduce aggregation while preserving biocompatibility and device functionality. Motivated by these considerations and by reports that many hydrogel constituents can mediate Au(III) reduction, this thesis developed an optimised one-pot method for the in-situ synthesis of AuNPs during hydrogel formation. The approach exploits polymeric ingredients as mild reductants and rapid volumetric heating to synchronise nucleation and gelation, producing nanocomposites designed for biomedical use. The optimised protocol yielded AuNPs with well-defined morphology and low polydispersity comparable with solution-phase benchmarks, and the particles remained stably retained within the polymer network. Additionally, an experiment involving nanoparticle-mediated photothermal actuation under laser irradiation enhanced the release of a drug-mimetic, an effect attributed to local heating and concomitant matrix stretch–relaxation dynamics. The validated one-pot synthesis provides a practical route to integrated hydrogel–AuNPs materials that combine the colloidal quality of conventional AuNPs with the structural and responsive advantages of polymeric matrices, opening pathways for controlled delivery and responsive biomaterials.

Le nanoparticelle d'oro (AuNPs) combinano proprietà plasmoniche modulabili in funzione della dimensione con una chimica superficiale altamente versatile, caratteristiche che le rendono particolarmente interessanti per applicazioni di sensing, imaging e rilascio terapeutico controllato. L’incorporazione di tali particelle in matrici solide o gel aumenta la loro stabilità e consente la realizzazione di piattaforme multifunzionali che integrano comportamenti meccanici, proprietà di rigonfiamento e risposte attive con funzionalità plasmoniche. La possibilità di formare simultaneamente la rete polimerica e le AuNPs in un’unica operazione “one-pot”, impiegando componenti della formulazione dell’idrogel come agenti riducenti e stabilizzanti, si presenta come una strategia promettente per semplificare i processi, migliorare la coesione nanoparticella–matrice e ridurre l’aggregazione, preservando al contempo la biocompatibilità e le funzionalità applicative. Sulla base di tali considerazioni e dei numerosi studi che dimostrano la capacità di costituenti idrogelici di mediare la riduzione di Au(III), questa tesi ha sviluppato un metodo ottimizzato one-pot per la sintesi in situ di AuNPs durante la formazione dell’idrogel. L’approccio sfrutta ingredienti polimerici come riducenti blandi e l’impiego di riscaldamento volumetrico rapido per sincronizzare nucleazione e gelificazione, ottenendo nanocompositi concepiti per applicazioni biomediche. Il protocollo ottimizzato ha prodotto AuNPs con morfologia ben definita e bassa polidispersità, comparabili con i riferimenti in fase liquida, e le particelle sono rimaste stabilmente intrappolate nella matrice polimerica. Inoltre, un esperimento di attivazione fototermica mediata dalle nanoparticelle mediante irradiazione laser ha incrementato il rilascio di un “mimetic” farmacologico; tale effetto è stato ricondotto al riscaldamento locale e alle dinamiche concomitanti di allungamento–rilassamento della matrice polimerica. La sintesi one-pot validata fornisce dunque una via pratica per materiali integrati idrogel–AuNPs che coniugano la qualità colloidale delle AuNPs tradizionali con i vantaggi strutturali e reattivi delle matrici polimeriche, aprendo nuove prospettive per il rilascio controllato e per biomateriali responsivi.