Summary
हम रासायनिक वाष्प जमाव, एसिड ऑक्सीकरण और जांच की नोक sonication सहित तकनीकों की एक श्रृंखला का उपयोग कर व्यक्ति के graphitic nanocups का संश्लेषण पर चर्चा की. HAuCl की साइट्रेट कमी से
Abstract
नाइट्रोजन डाल दिया गया कार्बन नैनोट्यूब नाइट्रोजन डाल दिया गया कार्बन नैनोट्यूब कप (NCNCs) के रूप में कहा कि कई कप के आकार के graphitic डिब्बों से मिलकर बनता है. रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) विधि से इन के रूप में संश्लेषित काले सीसे का nanocups noncovalent बातचीत के माध्यम से ही आयोजित एक सिर से पूंछ फैशन में खड़ी कर रहे थे. व्यक्तिगत NCNCs रासायनिक और भौतिक जुदाई प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से अपने स्टैकिंग संरचना के बाहर अलग किया जा सकता है. सबसे पहले, के रूप में संश्लेषित NCNCs काले सीसे का दीवारों पर ऑक्सीजन युक्त दोषों को पेश करने के लिए मजबूत एसिड का एक मिश्रण में ऑक्सीकरण गया. ऑक्सीकरण NCNCs तो प्रभावी ढंग से व्यक्तिगत काले सीसे का nanocups में खड़ी NCNCs अलग जो उच्च तीव्रता जांच की नोक sonication के उपयोग संसाधित किया गया. कारण उनके प्रचुर मात्रा में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन सतह functionalities के लिए, परिणामस्वरूप व्यक्ति NCNCs अत्यधिक हाइड्रोफिलिक हैं और प्रभावी ढंग से रियायत के तौर पर उद्घाटन में फिट जो सोने के नैनोकणों (GNPs), के साथ क्रियाशील किया जा सकता हैकाग stoppers के रूप में कप की. GNPs साथ corked ये काले सीसे का nanocups nanoscale के कंटेनर और दवा वाहक के रूप में होनहार आवेदन पत्र प्राप्त कर सकते हैं.
Introduction
अपने निहित आंतरिक cavities और बहुमुखी सतह रसायन शास्त्र, खोखला कार्बन आधारित nanomaterials, जैसे कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) के रूप में, साथ ही दवा वितरण अनुप्रयोगों में अच्छा nanocarriers माना जाता है. 1,2 हालांकि, प्राचीन CNTs के महीन रेशा संरचना खोखला बल्कि दुर्गम है अंदरूनी और गंभीर भड़काऊ प्रतिक्रिया और जैविक प्रणालियों में साइटोटोक्सिक प्रभाव के कारण हो सकता है. 3,4 नाइट्रोजन डाल दिया गया CNTs है, दूसरी ओर, undoped multiwalled कार्बन नैनोट्यूब (MWCNTs) 5,6 से अधिक biocompatibility के अधिकारी पाए गए हैं और बेहतर दवा हो सकता है प्रसव प्रदर्शन. 7,8 उनके सुलभ अंदरूनी के साथ. 200 एनएम के तहत विशिष्ट लंबाई के साथ व्यक्तिगत नाइट्रोजन डाल दिया गया कार्बन नैनोट्यूब कप (NCNCs) प्राप्त करने के लिए बाहर अलग किया जा सकता है, जो खड़ी कप जैसी compartmented खोखला संरचना में नैनोट्यूब काले सीसे का lattices के परिणाम में नाइट्रोजन परमाणुओं के डोपिंग और आगे रसायन के लिए अनुमति देते हैं जो नाइट्रोजन कार्यक्षमताओंfunctionalization, ये व्यक्ति के graphitic कप दवा वितरण अनुप्रयोगों के लिए बेहद फायदेमंद हैं.
चाप निर्वहन 9 और डीसी magnetron sputtering, 10 रासायनिक वाष्प जमाव सहित नाइट्रोजन डाल दिया गया CNTs के लिए विभिन्न कृत्रिम तरीकों में (सीवीडी) में इस तरह के उच्च उपज और नैनोट्यूब विकास शर्तों पर आसान नियंत्रण के रूप में कई फायदे की वजह से सबसे अधिक प्रचलित विधि से किया गया है. वाष्प तरल ठोस (वीएलएस) विकास तंत्र आमतौर पर नाइट्रोजन डाल दिया गया CNTs की सीवीडी विकास की प्रक्रिया को समझने के लिए कार्यरत है. आम तौर पर 11 विकास में धातु उत्प्रेरक बीज का उपयोग करने के लिए दो अलग अलग योजनाएं हैं. "निश्चित बिस्तर" योजना में परिभाषित आकार के साथ लोहे के नैनोकणों पहले लोहे pentacarbonyl की थर्मल अपघटन द्वारा संश्लेषित कर रहे थे और फिर बाद में सीवीडी विकास के लिए स्पिन कोटिंग द्वारा क्वार्ट्ज स्लाइड पर चढ़ाया. "चल उत्प्रेरक" योजना, लोहा उत्प्रेरक (आमतौर में 12 ferrocene) मिलाया जाता है और कार्बन और n इंजेक्शन के साथ किया गया थाitrogen व्यापारियों, और कार्बन और नाइट्रोजन व्यापारियों को जमा किया गया है जिस पर लोहा उत्प्रेरक नैनोकणों सीटू पीढ़ी में प्रदान ferrocene की थर्मल अपघटन. फिक्स्ड बिस्तर उत्प्रेरक परिणामी NCNCs पर बेहतर आकार नियंत्रण प्रदान करता है, उत्पाद की उपज ही अग्रदूत राशि और विकास समय के लिए <(5 मिलीग्राम) चल उत्प्रेरक योजना की तुलना में (1 मिलीग्राम)> आम तौर पर कम है. अस्थायी उत्प्रेरक योजना भी NCNCs के काफी समान आकार के वितरण प्रदान करता है, यह NCNCs की सीवीडी संश्लेषण के लिए इस पेपर में अपनाया गया था.
सीवीडी विधि कई खड़ी कप के शामिल महीन रेशा आकारिकी जो प्रदर्शन के रूप में संश्लेषित NCNCs देता है. आसन्न कप के बीच कोई रासायनिक संबंध नहीं है हालांकि वे दृढ़ता से एक दूसरे की गुहाओं में डाला और कई noncovalent बातचीत और अनाकार कार्बन के एक बाहरी परत द्वारा आयोजित कर रहे हैं क्योंकि, 8 चुनौतियों व्यक्तिगत कप के प्रभावी अलगाव में रहते हैं. 8 Atteखड़ी कप को अलग करने के MPTS रासायनिक और भौतिक दृष्टिकोण दोनों शामिल हैं. मजबूत एसिड का एक मिश्रण में ऑक्सीकरण उपचार CNTs की कटौती की है और यह भी कम वर्गों में NCNCs कटौती करने के लिए लागू किया जा सकता ऑक्सीजन कार्यशीलता के साथ, 13,14 लागू करने के लिए एक विशिष्ट प्रक्रिया है. माइक्रोवेव प्लाज्मा नक़्क़ाशी प्रक्रिया भी NCNCs अलग करने के लिए दिखाया गया है. 15 रासायनिक दृष्टिकोण की तुलना में, शारीरिक जुदाई और अधिक सरल है. हमारे पिछले अध्ययन बस एक मोर्टार और मूसल व्यक्ति NCNCs साथ पीस द्वारा आंशिक रूप से उनकी खड़ी संरचना से अलग किया जा सकता है कि पता चला है. 7 अलावा, प्रभावी रूप से एकल दीवारों कार्बन नैनोट्यूब में कटौती करने के लिए सूचित किया गया था, जो उच्च तीव्रता जांच की नोक sonication के, (SWCNTs) , 16 भी NCNCs की जुदाई पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव को दिखाया गया था. 8 जांच की नोक sonication के अनिवार्य रूप से खड़ी कप "हिलाता है" कि NCNC समाधान के लिए उच्च तीव्रता अल्ट्रासोनिक शक्ति देता है और कमजोर intera बाधितएक साथ कप पकड़ कि ctions. अन्य संभावित जुदाई तरीकों या तो अक्षम या कप संरचना करने के लिए विनाशकारी हो रहे हैं, जांच की नोक sonication के व्यक्तिगत काले सीसे का कप प्राप्त करने के लिए एक लागत प्रभावी और कम विनाशकारी, अत्यधिक प्रभावी शारीरिक जुदाई तरीका प्रदान करता है.
के रूप में संश्लेषित महीन रेशा NCNCs पहले केंद्रित एच 2 एसओ से पहले जांच की नोक sonication के साथ उनके अलगाव को 4 / HNO 3 एसिड मिश्रण में इलाज किया गया. परिणामी अलग NCNCs अत्यधिक हाइड्रोफिलिक थे और प्रभावी रूप से पानी में छितरी हुई है. हम पहले से NCNCs पर ऐसे amine समूहों के रूप में नाइट्रोजन कार्यक्षमताओं पहचान और NCNCs functionalization के लिए उनकी रासायनिक जेट का उपयोग किया है. 7,8,17 इस काम में, वाणिज्यिक नैनोकणों के साथ 8 NCNCs corking के हमारे पहले की रिपोर्ट विधि की तुलना में, सोने के नैनोकणों (GNPs) थे प्रभावी ढंग से chloroauric एसिड से साइट्रेट कमी से कप की सतह पर लंगर डाले. के कारणखुले पर नाइट्रोजन functionalities के तरजीही वितरण NCNCs के रिम्स, सोना व्यापारियों से बगल में संश्लेषित GNPs कप पर रिम्स खुला और फार्म जीएनपी "काग stoppers" के साथ बेहतर संपर्क हो जाती थी. इस तरह के संश्लेषण और functionalization के तरीकों दवा वितरण के वाहक के रूप में संभावित अनुप्रयोगों के लिए एक उपन्यास जीएनपी-NCNC संकर nanomaterial में हुई है.
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Protocol
1. नाइट्रोजन डाल दिया गया कार्बन नैनोट्यूब कप की सीवीडी संश्लेषण (NCNCs)
NCNCs तरल व्यापारियों (चित्रा 1 ए) का उपयोग क्वार्ट्ज सब्सट्रेट पर रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) तकनीक को रोजगार संश्लेषित थे.
- प्रतिक्रिया कक्ष के रूप में एक लिंडबर्ग / ब्लू ट्यूब भट्ठी में एक 3 फुट लंबा क्वार्ट्ज ट्यूब (2.5 सेमी आईडी) रखें. उत्पाद संग्रह के लिए सब्सट्रेट के रूप में ट्यूब के अंदर एक क्वार्ट्ज प्लेट (1 "× 12") रखें. गैस और तरल इंजेक्शन कनेक्शन / ट्यूब निर्माण के साथ घर का बना स्टेनलेस स्टील टोपी का उपयोग कर क्वार्ट्ज ट्यूब सील.
- 0.75% wt ferrocene, 10% wt acetonitrile और 89.25% wt xylenes युक्त तरल अग्रदूत का समाधान करें. विकास से पहले, क्वार्ट्ज ट्यूब के लिए प्रवेश से जुड़े एक गैस तंग सिरिंज में तरल अग्रदूत के बारे में 5 मिलीलीटर आकर्षित. एक सिरिंज पंप पर सिरिंज रखें.
- सीवीडी प्रणाली को इकट्ठा करो. सभी गैस इनलेट और आउटलेट से कनेक्ट करें. प्रवाह एर (845 SCCM) सीवीडी प्रणाली शुद्ध और रिसाव हमें जांच करने के लिएआईएनजी तरल रिसाव डिटेक्टर जासूसी. 20 मिनट के लिए मिटाने के बाद, एच 2 पर बारी. 127 SCCM को 37.5 SCCM और गिरफ्तारी के लिए 2 एच के प्रवाह की दर निर्धारित करें. भट्ठी चालू करें. 800 के लिए भट्ठी के तापमान सेट ° यह 800 पर स्थिर है जब तक सी और इंतजार डिग्री सेल्सियस
- क्वार्ट्ज ट्यूब में तरल अग्रदूत इंजेक्षन सिरिंज पंप का प्रयोग करें. 6 मिनट के लिए मिलीग्राम / घंटा इंजेक्टर ट्यूब के मृत मात्रा को भरने के लिए 9 बजे इंजेक्शन दर निर्धारित करें. फिर NCNCs के विकास के लिए 1 मिलीग्राम / घंटा के लिए इंजेक्शन दर नीचे बारी. विकास के 90 मिनट के बाद, सिरिंज पंप और एच 2 गैस का प्रवाह बंद कर देते हैं, और भट्ठी बंद. एर भट्ठी आरटी के लिए ठंडा हो गया था जब तक एक आभ्यांतरिक वातावरण बनाए रखने के लिए बह रखें.
- सभी गैस inlets और दुकानों, और इंजेक्शन प्रणाली डिस्कनेक्ट. सीवीडी प्रणाली जुदा और क्वार्ट्ज थाली बाहर ले. क्वार्ट्ज थाली से NCNCs फिल्म बंद छील करने के लिए एक तरफा धार का प्रयोग करें. इथेनॉल में एकत्र उत्पाद फैलाने. श्वसन संरक्षण INH को रोकने की जरूरत हैकाम धूआं हुड के बाहर आयोजित किया जाता है तो संभव कार्बन सामग्री aling.
2. एसिड का एक मिश्रण द्वारा के रूप में संश्लेषित NCNCs का ऑक्सीकरण
- एक 200 मिलीलीटर दौर नीचे फ्लास्क के रूप में संश्लेषित NCNCs के बारे में 10 मिलीग्राम स्थानांतरण. फ्लास्क केंद्रित HNO 3 के 7.5 मिलीलीटर जोड़ें. संक्षेप में बेहतर फैलाव के लिए नहाने के पानी में मिश्रण sonicate. 4 धीरे इतना तो केंद्रित एच 2 के 22.5 मिलीलीटर जोड़ें. (चेतावनी: मजबूत एसिड मिश्रण उच्च संक्षारक है, ध्यान से सुरक्षा के संरक्षण के साथ इन एसिड संभाल.) 4 घंटे के लिए आरटी पर नहाने के पानी में प्रतिक्रिया मिश्रण Sonicate.
- पानी की 100 मिलीलीटर बर्फ स्नान में नीचे ठंडा जबकि साथ प्रतिक्रिया मिश्रण पतला. एक पानी खींचने की मशीन का उपयोग कर 220 एनएम के छेद के आकार के साथ एक polytetrafluoroethylene (PTFE) झिल्ली के माध्यम से मिश्रण फ़िल्टर.
- किसी भी अम्लीय अवशिष्ट प्रतिफल को दूर करने के लिए 0.01 एम NaOH समाधान के 200 मिलीलीटर के साथ फिल्टर झिल्ली पर सामग्री धो लें. 18 तो धो लोछानना का एक तटस्थ पीएच हासिल की थी जब तक 0.01 एम एचसीएल समाधान के 200 मिलीलीटर के साथ, पानी की प्रचुर मात्रा के द्वारा पीछा किया. Sonication द्वारा पानी में परिणामी सामग्री (NCNCs ऑक्सीकरण) (20 मिलीलीटर) फैलाने. परिणामस्वरूप निलंबन आगे के प्रयोगों के लिए आरटी पर संग्रहीत किया जा सकता है.
3. जांच की नोक sonication द्वारा NCNCs की शारीरिक पृथक्करण
- बर्फ स्नान में रखा एक 100 मिलीलीटर की प्लास्टिक कप पानी में ऑक्सीकरण NCNCs के निलंबन स्थानांतरण. पानी के साथ 50 मिलीलीटर चिह्नित करने के लिए प्लास्टिक के कप भरें. 60% अधिकतम परिमाण (12 डब्ल्यू) में एक 1/4 "व्यास टाइटेनियम microtip के साथ सुसज्जित जांच की नोक sonicator सेट. 12 घंटे के लिए समाधान के केंद्र और फिर इस प्रक्रिया को डूब microtip 30 सेकंड के साथ पर / अंतराल बंद. बदलें बर्फ overheating रोकने के लिए हर 30 मिनट.
- Sonication के बंद करो. किसी भी बड़े कणों को दूर करने के लिए एक 220 एनएम ताकना आकार PTFE फिल्टर झिल्ली के माध्यम से NCNC निलंबन फ़िल्टर. परिणामी NCNC नमूने आगे अनुप्रयोगों के लिए आरटी पर स्टोर किया जा सकता है. (वैकल्पिक) एक तुलना प्रयोग के रूप में, DMF के रूप में संश्लेषित NCNCs का एक और नमूना फैलाने और सीधे ऊपर के रूप में एक ही सेटिंग से कम 12 घंटे के लिए जांच की नोक sonication के साथ निलंबन sonicate.
4. कैसर टेस्ट से NCNCs पर अमाइन कार्यात्मक समूह के मात्रात्मक विश्लेषण
- एक अभिकर्मक तैयार: मिश्रण फिनोल की 1 ग्राम और EtOH के 250 μl पिरिडीन की 2.5 मिलीलीटर में, मिश्रण को एच 2 ओ में 0.01 एम hydrindantin के 50 μl जोड़ें. अभिकर्मक बी तैयार: EtOH के 1 मिलीलीटर में ninhydrin (50 मिलीग्राम) भंग.
- एक Microbalance पर NCNCs नमूने (~ 0.5 मिलीग्राम) तौल और 3:2 EtOH के छोटे / टेस्ट ट्यूब में पानी के 1 मिलीलीटर में उन्हें तितर. नमूना निलंबन को अभिकर्मक बी के अभिकर्मक एक और 25 μl के 100 μl जोड़ें. Parafilms साथ टेस्ट ट्यूब सील और 10 मिनट के लिए 100 डिग्री सेल्सियस तेल स्नान में मिश्रण गर्मी. ठोस कणों को हटाने और छानना समाधान इकट्ठा करने के लिए फिल्टर एक सिरिंज के माध्यम से नमूना फ़िल्टर.
- Fil पर दिखाई स्पेक्ट्रा लोNCNCs जोड़ने के बिना एक ही प्रक्रिया में बनाया रिक्त नमूने के साथ वर्णमिति विश्लेषण के लिए trate. 570 एनएम पर केंद्रित शिखर के absorbance रिकार्ड और बीयर-Lambert के कानून के अनुसार अमाइन लोडिंग की गणना.
5. GNPs साथ NCNCs की functionalization
- एक समान फैलाव को प्राप्त करने के लिए 5 मिनट के लिए एक पानी में स्नान sonicator का उपयोग कर अलग NCNCs (0.01 मिलीग्राम / एमएल) युक्त जलीय निलंबन की 4 मिलीलीटर Sonicate.
- Sonication के दौरान NCNC निलंबन को HAuCl 4 जलीय घोल (1 मिलीग्राम / एमएल) के 1 मिलीलीटर जोड़ें. फिर 1% wt trisodium साइट्रेट जलीय घोल dropwise के 250 μl जोड़ें. सख्ती प्रतिक्रिया मिश्रण 2 घंटे के लिए एक गर्म थाली पर 70 डिग्री सेल्सियस पर था हलचल.
- 15 मिनट के लिए 3400 rpm पर प्रतिक्रिया मिश्रण अपकेंद्रित्र. वेग में GNPs साथ functionalized NCNCs लीजिए और centrifugation द्वारा पानी से धो लें. पानी (4 मिलीलीटर) में वेग फैलाने.
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Representative Results
सीवीडी विकास से ही संश्लेषित NCNCs क्वार्ट्ज सब्सट्रेट पर काले पदार्थ के एक कालीन के रूप में दिखाई दिया. कई मिलीग्राम वजन के बारे में NCNCs की मोटी फिल्मों एक रेजर ब्लेड (चित्रा 1 बी) के साथ छीलने के द्वारा प्राप्त किया गया. मंदिर छवियों अलग आवर्धन पर के रूप में संश्लेषित NCNCs (चित्रा 1) के आकारिकी दिखा. 30 एनएम - कम बढ़ाई (चित्रा 1C) में, के रूप में संश्लेषित NCNCs सभी 20 का आम तौर पर कई micrometers और व्यास की लंबाई के साथ एक महीन रेशा संरचना से पता चला है. Undoped CNTs की निरंतर ट्यूबलर संरचना के विपरीत, NCNC फाइबर कई कप के आकार के क्षेत्रों के साथ compartmented गया. एक NCNC फाइबर की नोक के उच्च संकल्प इमेजिंग मंदिर एक दूसरे के ऊपर खड़ी कर रहे हैं कि नैनोट्यूब कप की घुमावदार काले सीसे का ढांचा (चित्रा -1) का पता चलता है.
चित्रा 2A एसिड ऑक्सीकरण के बाद NCNCs के मंदिर छवियों से पता चलता है. ऑक्सीकरण प्रक्रिया में लंबा फाइबर कटौतीकाले सीसे का कप खड़ी रह जिसमें लंबाई में लगभग 1 माइक्रोन से कम वर्गों. ऑक्सीकरण NCNCs तो जांच की नोक sonication के साथ संसाधित किया गया था, जो पानी में स्थिर निलंबन का गठन किया. Sonication के और निस्पंदन के 12 घंटे के बाद, मंदिर छवि NCNCs (चित्रा 2 बी) की लंबाई में महत्वपूर्ण कमी को दर्शाता है. हाल NCNCs 200 एनएम से कम लंबाई के साथ व्यक्तिगत कप के रूप में दिखाई दिया. ढेर से अलग व्यक्तिगत कप आम तौर पर एक मोहरबंद अंत और अन्य खुली साथ एक अर्द्ध अंडाकार आकृति है.
NCNCs का आकार वितरण मंदिर छवियों से ~ 300 माप पर आधारित था. ऑक्सीकरण NCNCs, 12 घंटा sonication के बाद NCNCs, और अंतिम उत्पाद की लंबाई वितरण हिस्टोग्राम (चित्रा 3) खड़ी NCNCs और व्यक्तिगत कप प्राप्त करने की जुदाई पर जांच की नोक sonication के प्रभाव दिखाते हैं. ऑक्सीकरण प्रक्रिया सकारात्मक से नकारात्मक (3B चित्रा), whi के लिए NCNCs की क्षमता जीटा में एक परिवर्तन के परिणामस्वरूपNCNCs पर ले निहित amine समूहों कैसर परीक्षण (चित्रा -3 सी) के अनुसार प्रभावित नहीं थे.
अलग NCNCs तो HAuCl 4 की साइट्रेट कमी से GNPs साथ क्रियाशील थे. कमी प्रतिक्रिया 70 डिग्री सेल्सियस पर जोरदार आंदोलन के तहत हुई. शुरू में बेरंग समाधान 30 मिनट के बाद नीले रंग की बारी शुरू कर दिया और धीरे - धीरे 2 घंटे के भीतर शराब लाल को बदल दिया है. चित्रा -4 ए में अपकेंद्रित्र वेग के मंदिर छवि NCNCs पर GNPs की उच्च कवरेज से पता चलता है. लगभग सभी नैनोट्यूब कप GNPs साथ क्रियाशील थे, और GNPs अक्सर अधिमान्यतया कप के लिए काग stoppers के रूप में सेवारत खुला रिम पर स्थित होना पाया गया. एक बढ़ाया मंदिर छवि (चित्रा 4 बी) कुछ GNPs वास्तव में एक "तंग" काग गठन कप इंटीरियर में बड़े हो रहे थे कि पता चलता है. वेग और सतह पर तैरनेवाला समाधान के बीच रंग में अंतर नहीं था. यूवी विज़ अवशोषण स्पेक्ट्रा शो कि सतह plasmon अनुनाद(एसपीआर) वेग में GNPs के बैंड तैरनेवाला (चित्रा 4C) की तुलना में एक लाल पारी है.
चित्रा 1. (ए) NCNCs के रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) संश्लेषण के लिए इस्तेमाल एक ट्यूब भट्ठी के योजनाबद्ध सेटअप. (बी) क्वार्ट्ज सब्सट्रेट से खुली रूप में संश्लेषित NCNC फिल्म की तस्वीर. (सी) एक सिंहावलोकन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी ( के रूप में संश्लेषित NCNCs का मंदिर) छवि. NCNC संश्लेषित के रूप में एक व्यक्ति की नोक दिखा (डी) उच्च संकल्प मंदिर छवि.
चित्रा 2. मंदिर बाद में 12 घंटे जांच की नोक sonication के और छानने के बाद (एक) ऑक्सीकरण NCNCs और (बी) NCNCs की छवियों. इनसेट एक व्यक्ति NCNC अलग दिखाता है.
चित्रा 3. (ए) (1) 12 घंटे जांच की नोक sonication के बाद ही, (2) ऑक्सीकरण के बाद, (3) के बाद ऑक्सीकरण और 12 घंटे जांच की नोक sonication के, और (4) फाइनल की NCNC नमूने लिए लंबाई वितरण हिस्टोग्राम एक 220 एनएम ताकना आकार झिल्ली के माध्यम से छानने के बाद उत्पाद. (बी) के जीटा क्षमता, के रूप में संश्लेषित ऑक्सीकरण, और अंतिम NCNC नमूनों. 12 घंटा sonication के बाद ही NCNCs पर और बाद में (सी) अमाइन लोडिंग ऑक्सीकरण और 12 घंटा बेटा दोनोंication.
चित्रा 4. HAuCl 4 की साइट्रेट कमी से GNPs साथ क्रियाशील और centrifugation द्वारा एकत्र NCNCs की (ए) मंदिर छवि. जीएनपी साथ corked एक व्यक्ति nanocup दिखा (बी) के मंदिर छवि. प्रतिक्रिया मिश्रण के (सी) यूवी विज़ स्पेक्ट्रा, तैरनेवाला समाधान और जीएनपी functionalization प्रतिक्रिया का वेग. इनसेट तस्वीर तैरनेवाला (बाएं) और वेग (सही) समाधान के बीच रंग अंतर को दर्शाता है. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .
| तत्व (कश्मीर शैल) | के रूप में संश्लेषित अलग फाइनल | |
| % पर | % पर | |
| सी (एन सहित) | 98.0 | 95.9 |
| हे | 0.6 | 3.8 |
| लोहे का रासायनिक प्रतीक | 1.4 | 0.1 |
| तिवारी | - | 0.2 |
तालिका 1. ऊर्जा फैलानेवाला एक्स - रे (EDX) स्पेक्ट्रोस्कोपी के आधार के रूप में संश्लेषित NCNCs और अंतिम अलग NCNCs का तात्विक विश्लेषण.
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Discussion
हमारे प्रयोगों का प्राथमिक लक्ष्य के लिए प्रभावी रूप से नाइट्रोजन डाल दिया गया CNTs से काले सीसे का nanocups उत्पादन किया गया था. हालांकि, सीवीडी संश्लेषण में नाइट्रोजन डोपिंग खड़ी कप के आकार का संरचना के गठन की गारंटी नहीं है. अग्रदूत और अन्य विकास की स्थिति की रासायनिक संरचना पर निर्भर करता है, परिणामस्वरूप उत्पाद की आकृति विज्ञान एक बहुत भिन्न हो सकते हैं. नाइट्रोजन स्रोत के 19 एकाग्रता संरचना को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारक है क्योंकि में नाइट्रोजन परमाणुओं की असंगति से compartmented संरचना परिणाम काले सीसे का lattices. 20 आम तौर पर, डिब्बों की लंबाई अग्रदूत में बढ़ती नाइट्रोजन एकाग्रता के साथ कम हो जाती है. उच्च सांद्रता में, पार्श्व विभाजन परतों अनियमित और नालीदार हो गई और वर्दी कप के आकार का compartmented संरचना खो दिया है. हमारे प्रक्रिया में 19, हम इसी तरह diam के साथ वर्दी कप के आकार का संरचना के परिणामस्वरूप जो अग्रदूत के रूप में 10% MeCN इस्तेमाल कियाeters. कार्बन स्रोत NCNC संश्लेषण के लिए एक निर्णायक कारक है. कार्बन स्रोत कभी कभी ऑक्सीजन दोषों को संभवतः कारण हुई NCNCs, 12 में अनियमित आंसू बूंद के आकार क्षेत्रों के गठन के रूप में इथेनॉल का उपयोग पिछले प्रयास इथेनॉल से जन्म लिया है. Xylenes साथ इथेनॉल की जगह किसी भी अनियमित आकार के गठन का सफाया कर दिया. इसके अलावा, ferrocene एकाग्रता (0.75% wt) छोटे वर्दी लोहा उत्प्रेरक नैनोकणों फार्म में मदद की कम और अपेक्षाकृत कम वाहक गैस प्रवाह दर ऊर्ध्वाधर विकास में मदद की. इन सभी कारकों अधिक समान व्यास और उच्च उपज के साथ NCNCs के गठन में हुई.
के रूप में संश्लेषित NCNCs खड़ी कप की लंबी फाइबर हैं. उच्च संकल्प मंदिर छवि (चित्रा -1) स्पष्ट रूप से आसन्न खड़ी कप के काले सीसे का संरचना से पता चलता है. प्रत्येक कप के काले सीसे का दीवारों सटे कप के बीच कोई संबंध होने, कप धुरी से एक खास कोण के साथ दिशा साथ हूं. आसन्न कप ख मान लिया गयाई graphitic परतों के बीच और भी चित्रा -1 में मनाया के रूप में अनाकार कार्बन के एक बाहरी परत से noncovalent बातचीत के द्वारा एक साथ आयोजित की. एक साथ कप रखना कि कमजोर बातचीत बाधित हो सकता है और व्यक्ति nanocups रासायनिक या भौतिक तरीकों के माध्यम से अलग किया जा सकता है.
हमारे पिछले अध्ययन में, 8 जुदाई प्रक्रिया केवल भौतिक जुदाई से बाहर किया गया था. के रूप में संश्लेषित NCNCs सीधे जांच की नोक sonication के तहत एन, एन dimethylformamide (DMF) में sonicated थे. Sonication के 12 घंटे काफी 556.9 ± 256.1 एनएम के लिए कई micrometers से NCNCs की औसत लंबाई कम है और unseparated NCNCs अभी भी अक्सर देखा गया है, हालांकि प्रभावी ढंग से, व्यक्तिगत nanocups निकाली गई. प्रत्यक्ष ultrasonication के लिए एक बड़ी खामी के रूप में संश्लेषित NCNC फाइबर अत्यधिक हाइड्रोफोबिक और भी खराब DMF में निलंबित थे. जुदाई की दक्षता में इस मामले में समझौता किया था क्योंकिNCNCs अच्छी तरह से शुरू में तितर - बितर नहीं कर रहे थे. विलायक में NCNCs के फैलाव में सुधार और अल्ट्रासोनिक जुदाई की सुविधा के लिए, के रूप में संश्लेषित NCNCs पहले मजबूत एसिड के साथ इलाज किया गया. इस उपचार व्यापक रूप से प्राचीन CNTs के ऑक्सीकरण के लिए लागू किया गया था. 13 ऊर्जा छितरी हुई एक्स - रे (EDX) स्पेक्ट्रोस्कोपी ऑक्सीजन functionalities के graphitic से संरचना करने के लिए शुरू किए गए थे, संकेत है कि एसिड उपचार (तालिका 1) के बाद NCNCs में ऑक्सीजन एकाग्रता की एक उल्लेखनीय वृद्धि से पता चलता है. ऑक्सीकरण कदम NCNCs के hydrophilicity में वृद्धि हुई है, लेकिन यह भी ऑक्सीजन जाली दोष शुरू करने और बाहरी अनाकार कार्बन हटाने से सटे कप के काले सीसे का परतों के बीच बातचीत कमजोर हो सकता है न केवल. ऑक्सीकरण NCNCs पानी में भी फैलाव का गठन किया है और इस तरह बाद में अल्ट्रासोनिक जुदाई के लिए अतिसंवेदनशील थे. मंदिर छवियों से मापा ऑक्सीकरण NCNCs की औसत लंबाई 770 ± 571 एनएम था. जांच की नोक sonication के 12 घंटे के बाद, सबसेव्यक्तिगत कप से बाहर अलग थे, और औसत लंबाई PTFE झिल्ली के 220 एनएम ताकना आकार के नीचे था, जो 178 ± 94 एनएम, के लिए कम हो गया था. एक निस्पंदन प्रक्रिया इस प्रकार आगे किसी भी अब NCNCs हटाया और छानना में केवल व्यक्तिगत और छोटे खड़ी nanocups को छोड़ने, 110 ± 55 एनएम के लिए औसत लंबाई कम कर दिया. अंतिम अलग NCNCs अच्छी तरह से कई सप्ताह की अवधि में थोड़ा तेज़ी से पता चला है जो स्थिर निलंबन के गठन पानी में बिखरे थे.
एसिड ऑक्सीकरण प्रक्रिया बहुत NCNCs की सतह गुण बदल दिया. समाधान में protonated हो जाते हैं कि नाइट्रोजन functionalities के अस्तित्व के कारण, के रूप में संश्लेषित NCNCs थोड़ा सकारात्मक 9 एम वी के एक संभावित जीटा करने के आरोप लगाए थे. एसिड ऑक्सीकरण के बारे में -30 एम वी के एक नकारात्मक जीटा क्षमता के साथ NCNCs अधिक suspendable बनाया. कैसे द्वारा मात्रा निर्धारित किया गया था के रूप में यह ऑक्सीकरण प्रक्रिया NCNCs की सतह पर निहित अमाइन कार्यक्षमताओं को बदल नहीं किया है कि ध्यान दिया जाना चाहिएआर परीक्षण. इसके विपरीत, अधिक amine समूहों बेहतर जुदाई अधिक अमाइन functionalities के संपर्क में जो संकेत दिया कि केवल sonication द्वारा अलग नमूने, पर अधिक 4 घंटा एसिड ऑक्सीकरण के बाद अलग NCNCs पर पाए गए. EDX मौलिक विश्लेषण (1 टेबल) से पता चला के रूप में एसिड ऑक्सीकरण प्रक्रिया भी प्रभावी ढंग से NCNCs से लोहा उत्प्रेरक अवशेषों को हटा दिया.
लंबे समय तक जांच की नोक sonication के एक मुख्य समस्या टाइटेनियम सुझावों के पहनने के लिए बाहर गया था. लंबी और गहन अल्ट्रासोनिक कंपन गर्मी के एक बहुत उत्पन्न करता है और microtip को घर्षण है. टिप बाहर पहना जा रहा है के रूप में, जुदाई प्रभाव कमजोर और टाइटेनियम कणों संदूषण के रूप में टिप बंद आ जाती थी गया था. बेहतर नुकसान से टिप की रक्षा करने के लिए, नमूना / बंद अंतराल पर 30 सेकंड पर कार्रवाई की थी और बर्फ स्नान overheating रोकने के लिए हर 30 मिनट बदल दिया गया था. इसकी रासायनिक जड़ता के कारण, टाइटेनियम दूषित पदार्थों को पूरी तरह से हटा दिया जाना मुश्किल था. निस्पंदन प्रक्रियाएक 220 एनएम ताकना झिल्ली के माध्यम से किसी भी बड़े टाइटेनियम कणों को हटाने में प्रभावी था, और छोटे कण भी ज्यादातर टाइटेनियम का% पर 0.2 के बारे में था अंतिम अलग NCNC नमूनों में हालांकि, 4 मिनट के लिए 3400 rpm पर संक्षिप्त centrifugation द्वारा हटाया जा सकता है (1 टेबल) अभी भी मौजूद है.
अलग NCNCs दवा वितरण अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक विभिन्न रासायनिक गुण प्रदान करते हैं जो उनके काले सीसे का ढांचा पर ऑक्सीजन और नाइट्रोजन कार्यशीलता के साथ, दोनों है. Amine समूहों के thiolation करके, हम कप के उद्घाटन फिटिंग एक औसत व्यास के साथ,. पहले से 8 लोग GNPs काले सीसे का nanocups करने पर वाणिज्यिक GNPs संलग्न करने में सक्षम थे काग stoppers के रूप में कप सील करने के लिए जाती थी. हाइड्रोफिलिक ऑक्सीकरण NCNCs का प्रयोग, GNPs अधिक प्रभावी ढंग से कमी अभिकर्मक के रूप में trisodium साइट्रेट साथ chloroauric एसिड के प्रत्यक्ष कमी से जलीय चरण में कप पर लंगर डाले जा सकते हैं. GNPs नाइट्रोजन functionalitie पर नाभिक की संभावना हैएस और प्रतिक्रिया परिस्थितियों में वृद्धि जारी है. यह नीचे अप functionalization के दृष्टिकोण GNPs और NCNCs के बीच मजबूत और विशेष बातचीत में हुई. कप का खुला रिम पर नाइट्रोजन functionalities के तरजीही वितरण के कारण, GNPs उद्घाटन के अवसर पर नाभिक के लिए बेहतर मौका था, और बाद में वृद्धि अक्सर कप के इंटीरियर के लिए बढ़ा दिया है कि कॉर्क के आकार नैनोकणों का गठन किया. इस corking बातचीत अधिक बार हमारे पिछले पद्धति की तुलना में कमी दृष्टिकोण का उपयोग कर मनाया गया. समाधान में मुफ्त GNPs कमी प्रतिक्रिया के दौरान भी मौजूद थे, वे 15 मिनट के लिए 3400 rpm पर centrifugation द्वारा हटाया जा सकता है. तैरनेवाला का समाधान रंगों और वेग के बीच स्पष्ट अंतर नहीं था. पूर्व 524 एनएम पर एक एसपीआर अवशोषण बैंड के साथ शराब लाल के रूप में प्रकट हुए और बाद के 540 एनएम पर एक एसपीआर बैंड के साथ बैंगनी था. एसपीआर बैंड में लाल पारी नेकां की सतह पर GNPs की मजबूत इलेक्ट्रॉनिक बातचीत के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता हैNCS.
अंत में, हम अपने स्टैकिंग संरचनाओं से व्यक्ति काले सीसे का nanocups (यानी NCNCs) प्राप्त करने के लिए कृत्रिम तकनीकों की एक श्रृंखला को अपनाया. एसिड ऑक्सीकरण और जांच की नोक sonication प्रक्रियाओं का परिचय जुदाई की उच्च दक्षता और अंतिम nanocups के hydrophilicity सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है. HAuCl 4 की साइट्रेट कमी के माध्यम से, NCNCs तो प्रभावी ढंग से काग stoppers के रूप में कप को बंद कर दिया जो GNPs साथ क्रियाशील थे. इस उपन्यास जीएनपी-NCNC संकर nanomaterial के nanoscale के कंटेनर और दवा वितरण के वाहक के रूप में आवेदन का वादा किया हो सकता है.
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Disclosures
लेखक कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की घोषणा.
Acknowledgments
यह काम एक NSF कैरियर पुरस्कार नहीं 0954345 द्वारा समर्थित किया गया था.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Reagents | |||
| H2 | Valley National Gases | Grade 5.0 | |
| Ar | Valley National Gases | Grade 5.0 | |
| Ferrocene | Sigma-Aldrich | F408-500G | |
| Xylenes | Fisher Scientific | X5-500 | |
| Acetonitrile | EMD | AXO149-6 | |
| H2SO4 | Fisher Scientific | A300-500 | |
| HNO3 | EMD | NX0409-2 | |
| DMF | Fisher Scientific | D119-500 | |
| Ethanol | Decon | 2716 | |
| Phenol | Sigma-Aldrich | P1037-100G | |
| Pyridine | EMD | PX2020-6 | |
| Hydridantin | Sigma-Aldrich | H2003-10G | |
| Ninhydrin | Alfa Aesar | 43846 | |
| HAuCl4 | Sigma-Aldrich | 52918-1G | |
| Sodium Citrate | SAFC | W302600 | |
| Equipment | |||
| CVD Furnace | Lindberg/Blue | ||
| TEM (low-resolution) | FEI Morgagni | ||
| TEM (high-resolution) | JOEL | 2100F | |
| Probe-tip Sonicator | Qsonica | XL-2000 | |
| UV-Vis Spectrometer | Perkin-Elmer | Lambda 900 | |
| Zeta Potential Analyzer | Brookheaven | ZetaPlus | |
| EDX spectroscopy | Phillips | XL30 FEG | |
References
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