Рынок золотых наностержней — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз, сегментированный по типу (LSPR ниже 900 нм, LSPR выше 900 нм), по конечному пользователю (здравоохранение и фармацевтика, электроника и полупроводники, химия и материаловедение, другие), по региону и конкуренции, 2019–2029 гг.

Обзор рынка

Глобальный рынок золотых наностержней оценивался в 112,35 млн долларов США в 2023 году и, как ожидается, будет устойчиво расти в прогнозируемый период с CAGR 16,45% до 2029 года. Золотые наностержни представляют собой крошечные структуры, состоящие из атомов золота, расположенных в форме стержней, обычно диаметром от 1 до 100 нанометров, с длиной, часто в несколько раз превышающей их диаметр. Эти наностержни обладают уникальными оптическими характеристиками, обусловленными их размером и формой, особенно в видимой и ближней инфракрасной областях электромагнитного спектра. Они синтезируются с использованием точных химических методов для достижения удлиненных форм с определенными размерами, которые влияют на их особые свойства. В частности, они демонстрируют сильный поверхностный плазмонный резонанс (SPR) в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, что делает их ценными для таких применений в оптике, как визуализация, зондирование и терапевтическое лечение.

Модификации поверхности позволяют адаптировать золотые наностержни для улучшенной биосовместимости и целевой доставки в биомедицинских областях, обеспечивая стабильность в различных биологических средах. Их химическая стабильность и устойчивость к окислению дополнительно повышают надежность в практических приложениях. Золотые наностержни широко исследуются для биомедицинского использования, такого как терапия рака, диагностика и визуализация, благодаря их способности поглощать и рассеивать свет в ближнем инфракрасном диапазоне, что идеально подходит для таких методов, как фототермическая терапия.

В платформах биосенсоров их высокое отношение площади поверхности к объему и простота функционализации биомолекулами позволяют чувствительно обнаруживать биомаркеры и патогены. В катализе их уникальная форма и свойства поверхности способствуют повышенной каталитической активности в реакциях, включая процессы окисления и гидрирования. Достижения в области технологий нанопроизводства и химии поверхности продолжают расширять их потенциальные приложения.

Хотя нормативные соображения относительно безопасности и воздействия на окружающую среду создают проблемы, рынок золотых наностержней остается нишевым, но демонстрирует многообещающие перспективы роста в различных отраслях. Продолжение исследований, технологические достижения и стратегическое партнерство будут иметь решающее значение для расширения рынка в обозримом будущем.

Ключевые драйверы рынка

Увеличение НИОКР для биомедицинских приложений

Увеличение инвестиций в исследования и разработки (НИОКР), направленные на биомедицинские приложения, имеет решающее значение для роста мирового рынка золотых наностержней. Эти инвестиции прокладывают путь для инновационных методов лечения, усовершенствованных диагностических инструментов и новых биомедицинских решений для решения важнейших проблем здравоохранения. Золотые наностержни обладают уникальными свойствами, такими как их способность преобразовывать свет в тепло (используется в фототермической терапии), что исследователи используют для разработки передовых методов лечения рака, которые избирательно воздействуют на раковые клетки, сводя к минимуму повреждение здоровых тканей. Исследователи из Мюнхенского технического университета (TUM) разработали новаторский микроробот под названием TACSI (Thermalally Activated Cell-Signal Imaging), который, по их словам, является первым в своем роде. Эта недавно разработанная микроробототехническая система, представленная в журнале Advanced Healthcare Materials, является круглой и удивительно тонкой — примерно в половину диаметра человеческого волоса. Созданные из золотых наностержней и флуоресцентного светящегося красителя, заключенного в биоматериал, полученный из водорослей, эти микроботы в настоящее время используются для приложений in vitro. Разработчики предвидят потенциальные инновационные методы лечения, включая целевую доставку лекарств в отдельные клетки, облегчаемую этой технологией микроботов. Кроме того, золотые наностержни можно модифицировать для эффективной доставки лекарств или терапевтических агентов в определенные участки тела.

Золотые наностержни демонстрируют сильные оптические свойства, особенно в ближнем инфракрасном (БИК) диапазоне, что делает их ценными для визуализации. Они повышают контрастность в таких методах визуализации, как фотоакустическая визуализация и оптическая когерентная томография, улучшая визуализацию тканей и позволяя выявлять заболевания на ранней стадии. Значительные усилия в области НИОКР направлены на обеспечение биосовместимости и безопасности золотых наностержней для биомедицинского использования. Это включает в себя изучение их взаимодействия с биологическими системами, оценку потенциальных рисков токсичности и разработку методов повышения их стабильности и совместимости с живыми тканями.

В мае 2024 года компания ArgusEye, специализирующаяся на передовых сенсорных технологиях для биофармацевтического производства, объявила об успешном завершении нового раунда финансирования, собрав около 2,8 млн евро. Раунд возглавила Voima Ventures при соруководстве Eir Ventures, которая продолжила свою поддержку из предыдущей посевной инвестиции. Это финансирование ускоряет усилия ArgusEye по революционизации разработки и производства новых биомедицинских препаратов. Инициативы НИОКР сосредоточены на навигации по нормативным путям для обеспечения одобрения и коммерциализации биомедицинских продуктов на основе золотых наностержней. Эти всесторонние усилия подчеркивают важную роль текущих НИОКР в продвижении применения и расширении рынка золотых наностержней в различных биомедицинских секторах.

Расходы на здравоохранение

Расходы на здравоохранение играют важную роль в развитии мирового рынка наностержней за счет продвижения инноваций, развития технологий и решения проблем здравоохранения с помощью применения нанотехнологий в диагностике, визуализации, доставке лекарств и терапии. Увеличение мировых расходов на здравоохранение стимулирует спрос на передовые медицинские технологии и методы лечения. Наностержни, особенно золотые наностержни, являются ведущими инновациями в медицинской диагностике, визуализации и терапии благодаря своим отличительным свойствам.

Согласно отчету Института показателей и оценки здоровья, расходы на здравоохранение на человека в Соединенных Штатах в среднем составили 13 000 долларов в 2021 году и, по прогнозам, вырастут до 20 200 долларов к 2050 году. Эта тенденция к росту расходов на здравоохранение подчеркивает растущее внимание к лечению хронических заболеваний, таких как рак, сердечно-сосудистые заболевания и неврологические расстройства. Наностержни исследуются на предмет их потенциала в целевой доставке лекарств, улучшении возможностей визуализации и терапевтических применениях, что соответствует потребности в эффективном лечении хронических заболеваний.

Расходы на здравоохранение также способствуют разработке и принятию стратегий точной медицины, подчеркивая персонализированные подходы к лечению. Наностержни обеспечивают точное нацеливание терапии и диагностики на молекулярном и клеточном уровнях, тем самым поддерживая достижения в инициативах прецизионной медицины.

Глобальное старение населения предъявляет более высокие требования к системам здравоохранения, что приводит к увеличению инвестиций в медицинские услуги и технологии. Наностержни представляют собой многообещающие решения для заболеваний и состояний, связанных со старением, что еще больше стимулирует их принятие и расширение рынка.

Основные проблемы рынка

Высокая стоимость производства

Высокие затраты на производство представляют собой значительную проблему для мирового рынка золотых наностержней. Эти затраты обусловлены сложными процессами синтеза и дорогим сырьем, необходимым для их производства. Следовательно, золотые наностержни могут быть недоступны для приложений, требующих больших объемов или широкого использования. Более того, конкурентоспособность золотых наностержней сдерживается их высокой себестоимостью производства по сравнению с альтернативными материалами или технологиями, предлагающими аналогичные функции по более низким ценам. Эта проблема ограничивает их проникновение на рынок в различных отраслях.

Масштабирование производства от лабораторного до коммерческого уровня требует существенных инвестиций в оборудование, объекты и оптимизацию процесса. Первоначальные высокие инвестиции, необходимые для масштабирования, могут особенно отпугнуть небольшие компании или стартапы от выхода на рынок. Кроме того, существенные ресурсы, необходимые для производства, могут отвлекать средства от научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, направленных на изучение новых областей применения или повышение производительности золотых наностержней. В результате инновации могут замедляться, что ограничивает появление новых рыночных возможностей.

Технологические ограничения

Синтез золотых наностержней включает сложные процессы, требующие точного контроля таких факторов, как температура, pH и время реакции. Изменения этих параметров могут привести к несоответствиям в размере, форме и свойствах наностержней во время производства. Обеспечение равномерного распределения размера и формы золотых наностержней имеет решающее значение для их производительности в таких приложениях, как биомедицинская диагностика и терапевтическая доставка. Технические проблемы в поддержании этой согласованности могут повлиять на воспроизводимость и надежность наностержней. Например, отклонения в методах роста, опосредованных затравкой, могут привести к размерным изменениям, которые повлияют на их оптические свойства и эффективность в таргетной терапии.

Золотые наностержни восприимчивы к воздействиям окружающей среды, таким как сдвиги pH, колебания температуры и воздействие света, что требует мер по обеспечению их стабильности в различных условиях. Эта стабильность жизненно важна для их практического применения в различных областях.

Функционализация поверхности золотых наностержней молекулами или биомолекулами имеет важное значение для конкретных биомедицинских применений. Однако возникают проблемы с достижением эффективной и стабильной функционализации при сохранении присущих наностержням свойств. Например, присоединение целевых лигандов к поверхностям наностержней для точного нацеливания на раковые клетки требует надежных методов химического связывания, которые не ставят под угрозу их оптические или терапевтические качества.

Интеграция золотых наностержней в практические устройства или системы часто подразумевает решение проблем совместимости с существующими технологиями и материалами. Технические соображения включают обеспечение стабильности наностержней в компонентах устройства и оптимизацию их взаимодействия с биологическими системами. Например, включение наностержней в биосенсоры требует преодоления проблем совместимости с субстратами сенсоров и совершенствования механизмов обнаружения сигнала.

Основные тенденции рынка

Новые приложения в электронике

Золотые наностержни демонстрируют сильные плазмонные свойства, которые ценны в оптических датчиках и фотодетекторах. Например, исследователи разработали высокочувствительные оптические датчики, использующие золотые наностержни, для точного и аккуратного обнаружения определенных молекул или газов. Эти датчики используют способность наностержней взаимодействовать со светом в наномасштабе, что позволяет проводить точное обнаружение и анализ в таких областях, как мониторинг окружающей среды и биомедицинская диагностика.

Золотые наностержни также исследуются на предмет их потенциала в прозрачных проводящих пленках, используемых в сенсорных экранах, дисплеях и солнечных батареях. Их проводимость и оптическая прозрачность делают их жизнеспособной альтернативой обычным материалам, таким как оксид индия и олова (ITO). Включая золотые наностержни в эти пленки, производители могут повысить проводимость, сохранив при этом высокую оптическую прозрачность, необходимую для приложений, требующих обеих функций. Исследователи из Китая разработали гибкий инфракрасный метаматериал-поглотитель, использующий золотые наностержни, диспергированные в жидком кристалле (ЖК), расположенном на золотой пленке. Они провели теоретический анализ его возможностей полного поглощения, опубликовав свои выводы в журнале Scientific Reports в 2024 году. Этот метаматериальный поглотитель демонстрирует такие ключевые особенности, как гибкость, всенаправленное поглощение, широкополосная связь и настраиваемость, что указывает на его потенциальное применение в современных интеллектуальных метаматериальных устройствах.

Золотые наностержни совместимы с производственными процессами для гибкой и печатной электроники, что облегчает интеграцию в носимые устройства, интеллектуальный текстиль и гибкие дисплеи. Их гибкость и прочность делают их идеальными для приложений, требующих конформной и гибкой электроники. Производители активно изучают масштабируемые методы печати или нанесения золотых наностержней на гибкие подложки, расширяя их применение в потребительской электронике и устройствах Интернета вещей.

В недавней публикации в National Science Review исследователи подробно описали исследование динамического и обратимого управления поверхностными плазмонами посредством транспортировки горячих носителей. Это исследование объединяет быстрый отклик металлических наноплазмонов с возможностями оптоэлектронной модуляции полупроводников. Оптически возбуждая горячие электроны, исследование манипулирует плотностью заряда в золоте и регулирует проводимость нанозазоров, обеспечивая сверхбыстрое и обратимое переключение плазмонных резонансов. Это достижение представляет собой важный прототип для оптоэлектронных переключателей в нанофотонных чипах. Растет внимание к инициативам в области исследований и разработок, направленным на совершенствование синтеза, функционализации и интеграции золотых наностержней в электронные устройства. Это включает в себя исследование новых методов изготовления, улучшение свойств материалов и создание масштабируемых производственных процессов, подходящих для широких коммерческих приложений.

Сегментарные идеи

Типовые идеи

В зависимости от типа LSPR ниже 900 нм стал доминирующим сегментом на мировом рынке

Конечные идеи пользователя

В зависимости от конечного пользователя сегмент здравоохранения и фармацевтики стал доминирующим на мировом рынке золотых наностержней в 2023 году. Уникальные оптические, термические и биосовместимые характеристики золотых наностержней делают их универсальными инструментами для усовершенствования диагностики, терапии и систем доставки лекарств в здравоохранении. Их потенциал для улучшения результатов лечения и ухода за пациентами является ключевым фактором их выдающейся роли в этих важнейших секторах. Золотые наностержни можно настраивать с помощью различных молекул, таких как лекарства или целевые лиганды, что обеспечивает точную и целенаправленную доставку в определенные клетки или ткани. Их биосовместимость и способность проникать через клеточные мембраны позиционируют их как перспективные транспортные средства для терапевтических агентов. Такой подход к целевой доставке лекарств снижает системную токсичность и усиливает эффективность лечения. Текущие исследования и разработки сосредоточены на совершенствовании синтеза, функционализации и биомедицинского применения золотых наностержней. Это включает в себя повышение их стабильности, расширение возможностей нацеливания и изучение новых терапевтических приложений. Постоянные инновации в этой области стимулируют расширение их использования в здравоохранении и фармацевтической промышленности.

Региональные данные

В зависимости от региона Северная Америка стала доминирующим регионом на мировом рынке золотых наностержней в 2023 году. Это можно объяснить передовыми технологиями, надежной инфраструктурой здравоохранения, поддерживающей нормативно-правовой базой, высоким рыночным спросом и обширными усилиями в области исследований и разработок. Северная Америка служит центром технологических инноваций и исследований, особенно в области биотехнологий, здравоохранения и нанотехнологий. Эта среда способствует значительному прогрессу в синтезе, применении и коммерциализации золотых наностержней в различных отраслях. Регион извлекает выгоду из развитой инфраструктуры здравоохранения и надежного фармацевтического сектора, где золотые наностержни играют решающую роль в биомедицинских приложениях, таких как системы доставки лекарств, диагностика и терапевтическое лечение.

Последние разработки

• В июне 2024 года компания Sona Nanotech объявила о результатах анализа биомаркеров, проведенного во время недавнего доклинического исследования меланомы. Результаты показывают, что их целевая гипертермическая терапия (ТГТ), использующая золотые наностержни для доставки локального тепла к опухолям, не только эффективно уменьшает существующие опухоли, но и имеет потенциал для активации иммунной системы при определенных условиях. Эта иммунная активация может играть роль в предотвращении образования новых опухолей.
• В 2024 году ученые из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) разработали новое тонкопленочное покрытие с использованием золотых наностержней, которое может пассивно плавить лед с помощью солнечного света. Золотые наностержни, поглощающие солнечный свет и генерирующие тепло, являются активными компонентами этой технологии. С помощью специализированной технологии производства исследователи разместили наностержни в кольца внутри пленки, значительно улучшив ее способность размораживать поверхности. Результаты их исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
• В марте 2024 года компания ArgusEye выпустила свой первый продукт на сенсорной платформе Auga. Эти датчики, покрытые золотом, реагируют на точные частоты света, заставляя золото вибрировать с известной частотой. К этим датчикам прикреплены лиганды, которые обычно находятся в крови, где они помогают переносить кислород, связываясь с железом. Благодаря своей уникальной способности связывать вещества с металлами, когда эти лиганды захватывают белок, он изменяет массу и вибрацию лежащего в основе золота. Это изменение можно обнаружить, и оно обеспечивает понимание состава партии в режиме реального времени. 

Ключевые игроки рынка

• American Elements
• CD Bioparticles, Inc
• Cytodiagnostics Inc.
• Strem Chemicals, Inc.
• Merck KGaA
• Nanoshel LLC
• NanoComposix
• Sona Nanotech Inc.
• Nanowerk LLC
• Beijing DK Nano Technology Co.Ltd