Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

إخراج القالب التجميعي من الأنابيب النانومترية الذهبية Plasmonic مع امتصاص الأشعة تحت الحمراء الانضباطي

Published: April 1, 2013 doi: 10.3791/50420
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Department of Chemistry, University of Toronto

Summary

يمكن توليفها الأنابيب النانوية الذهب الحلول suspendable مع الأبعاد التي تسيطر عليها الكهروكيميائية ترسب في الأغشية المسامية الألومنيوم انوديك (AAO) أكسيد باستخدام البوليمر الأساسية مسعور. الأنابيب النانوية الذهب وصفائف أنابيب تبشر التطبيقات في biosensing plasmonic، سطح تعزيز رامان الطيفي، تدفئة الصورة الحرارية، والنقل الأيونية والجزيئية، على microfluidics، الحفز والاستشعار الكهروكيميائية.

Abstract

يمكن أن تنتج مجموعة A موازية تقريبا من المسام أنودة رقائق الألمنيوم في البيئات الحمضية 1 و 2. وكانت تطبيقات الأغشية الألومنيوم انوديك (AAO) أكسيد قيد التطوير منذ عام 1990، وأصبحت وسيلة شائعة لقالب تركيب النانو عالية نسبة الارتفاع، ومعظمهم من النمو الكهروكيميائية أو التبول في المسام. في الآونة الأخيرة، أصبحت هذه الأغشية المتاحة تجاريا في مجموعة واسعة من الأحجام والكثافات المسام، مما يؤدي إلى مكتبة واسعة من النانو وظيفية يجري تصنيعه من الأغشية AAO. وتشمل هذه nanorods مركب، أسلاك وأنابيب مصنوعة من المعادن والمواد غير العضوية أو البوليمرات 3-10. وقد استخدمت الأغشية Nanoporous لتجميع جسيمات متناهية الصغر وأنابيب صفائف التي تؤدي كذلك أجهزة الاستشعار معامل الانكسار، أجهزة الاستشعار plasmonic، أو سطح تعزيز رامان الطيفي (SERS) ركائز 11-16، فضلا عن مجموعة واسعة من مجالات أخرى مثل الصورة الحراريةتدفئة 17، النقل permselective 18 و 19 و الحفز 20، على microfluidics 21، والاستشعار الكهروكيميائية 22 و 23. هنا، ونحن التقرير إجراء رواية لإعداد الأنابيب النانوية الذهبية في الأغشية AAO. النانو جوفاء لها إمكانية تطبيقها في plasmonic والاستشعار SERS، ونتوقع هذه الأنابيب النانوية الذهب سيسمح للحساسية عالية وقوية إشارات مأكل، الناشئة عن المواد انخفضت الملطف 15.

Introduction

عندما نقترب من أبعادها عمق الاختراق للضوء (~ 50 نانومتر، والنانو)، والمعادن النبيلة، ومعظم الذهب الأهم من ذلك، تظهر حجم وشكل والبيئة تعتمد الخصائص البصرية الرائعة 24 و 25. على هذا النطاق، والإضاءة المباشرة يؤدي إلى التذبذب متماسكة من الإلكترونات التوصيل المعروفة باسم مأكل صدى سطح (SPR). SPR تعتمد بشكل كبير على حجم البنية النانوية، والشكل، وخصائص عازلة من الوسط المحيط. هناك اهتمام كبير في وصف خصائص المواد الجديدة في SPR، وSPR الأجهزة المستندة إلى والناشئة لاستخدامها في شبه الطول الموجي البصريات، SERS ركائز، وأجهزة استشعار فائقة الحساسية الضوئية 11-16، 26-29. على هذا النحو، وتطوير الأساليب الحسابية على نحو أكثر دقة التنبؤ بكيفية حجم وهيكل يمكن أن تختلف استجابة plasmonic يبقى هدفا رئيسيا. استخدام الأغشية AAO يتيح وسيلة مريحة لتغيير الإطارات أو الجسيمات طول، ودراسات هامة عديدة استخدام هذه البيانات لربطوردا asured حساب plasmonic بدرجات قطر الجسيمات، وطولها، ونسبة الارتفاع 30 و 31. ولعل الاستخدام الأكثر مدروسة وناجحة من المواد plasmonic كما هو أجهزة الاستشعار معامل الانكسار القائمة. لهذا، الأصداء في الحمراء بالقرب من مجموعة (NIR) الأشعة تحت الحمراء (~ 800 - 1300 نانومتر) مطلوبة لأنها أكثر حساسية لتغير معامل الانكسار، وتكمن في "نافذة المياه" بحيث تنتقل من خلال أنها على حد سواء والمياه الإنسان الأنسجة. الحلول suspendable النانو مع قمم SPR في هذا النطاق فضول الاحتمالات مفتوحة لفي biosensing plasmonic الجسم الحي.

وقد استخدم AAO التي يسهل اختراقها لإعداد البوليمر الأنابيب النانوية أو أسلاك كهربائية أو عن طريق التخليق التبول القالب، وثبت أن تنطبق على طائفة واسعة من المواد. والآن الأغشية AAO تستخدم لتجميع الحلول suspendable نسبة الارتفاع العالية وصفائف nanorods ذات البنية النانومترية التي تعمل أجهزة الاستشعار وعالية الأداء plasmonic أو SERS ركائز. بينما معظمهم تم استخدام الأغشية AAO كقوالب لتوليف قضبان صلبة، في بعض الحالات قد يكون من المرغوب فيه أن يكون هيكل أجوف. Plasmonic وSERS تطبيقات الاستشعار عن بعد، على سبيل المثال، هي القائمة على سطح، وهياكل جوفاء مع نسب السطح المساحة الى حجم كبير قد يؤدي إلى توليد إشارة أقوى وأعلى حساسية 14 و 15 و 32. فيما يتعلق بذلك، وقد تم تصنيعه من الأنابيب النانوية الذهب الأساليب المختلفة بما في ذلك ردود الفعل على استبدال كلفاني nanorods الفضة 33، الطلاء للكهرباء 34 و 35، وتعديل سطح المسام قالب 36 و 37 و جل سول طرق 38، والكهربي 39-41. هذه التوليفات ترك عادة سيئة شكلت، الأنابيب النانوية المسامية أو السماح للسيطرة تذكر على حجم والتشكل. كما تم التوليفات ذكرت فيه يترسب قذيفة معدنية أكثر من البوليمر الأساسية في الغشاء AAO 42 و 43. هذه التوليف مغادرة nanot الذهبubes منضمة إلى الركيزة والاعتماد على الحفر قالب للسماح للنمو من الذهب حول البوليمر، وبالتالي لا يمكن دراستها في الحل. وعلاوة على ذلك، النقش قالب لديها بعض العيوب المحتملة. قد الأولى، النقش المسام غير موحدة على طول الجدار قالب يؤدي إلى سماكة الذهب قذيفة غير موحدة. ثانيا، قد النقش كبير (أي لجعل أنابيب سميكة جدا الجدار) حل مسام الجدران تماما.

مؤخرا جدا، أفادت الجسور وآخرون وسيلة لتجميع etchant مجانا الأنابيب النانوية الذهبية في الأغشية AAO يستخدم بولي الهدى (3-هيكسيل) ثيوفين الأساسية والمحاصيل الأنابيب النانوية الذهب الحلول suspendable مع حساسية عالية للغاية الانكسار مؤشر 15. من الأعمال التي واللاحقة، اكتشف أن لإيداع قذائف الذهب في جميع أنحاء الأساسية البوليمر الكيميائية دون النقش، البوليمر يجب أن تكون مثل هذه أنبوبي أن هناك المساحة الداخلية من أجل أن ينهار، ويجب أن يكون البوليمر مسعور من النوع الذي سوف مضيق بين قمتينيسقط على نفسها بدلا من الانضمام إلى مسام الجدران قالب 16. عندما تستخدم البوليمرات ماء، لوحظ الذهب "غمد" تغطي جزئيا الأساسية البوليمر، مما يدل على تمسك الأساسية البوليمر إلى واحد من جدران القالب خلال ترسب 44 ذهبية. هنا، يتم وصف مفصل بروتوكول لتركيب الأنابيب النانوية جوفاء الذهب التي تسمح للسيطرة على طول وقطر (الشكل 1). هذه الأنابيب النانوية الذهب الحلول suspendable واعدة المواد لمجموعة واسعة من التطبيقات بما في ذلك biosensing plasmonic أو ركائز SERS.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. تشكيل القطب العامل فضة

  1. تأمين الركيزة غشاء AAO الجانب العلوي حتى على لوحة من الزجاج باستخدام مادة لاصقة 2-جانب واحد. ملاحظة: تقليل مساحة الغشاء على اتصال مع لاصقة، لأنها سوف تسد المسام.
  2. تثبيت لوحة من الزجاج في حامل الركيزة المعدنية للمبخر، أغلق الدائرة، وإجلاء للضغط μTorr 1،0 أدناه.
  3. باستخدام مصدر مقاوم، تتبخر حبيبات الفضة (> نقاء 99.99٪) على الركيزة بمعدل قدره 0.8 م / ثانية حتى يتم التوصل إلى سماكة طبقة من 100 نانومتر، وزيادة معدل التبخر ثم إلى 1.5 م / ثانية حتى سمك النهائية لل يتم التوصل إلى 250 نيوتن متر.
  4. الافراج عن الأغشية AAO من مسح طبقة لاصقة مع مسحة القطن مبلل مع ثنائي كلورو ميثان حل لاصقة.

2. Electrodepositing النحاس والنيكل

  1. الخطوات 2-3 استخدام اثنين من قطعة مخصصة مفتوحة وجه خلية كهروكيميائية تفلون تهدف إلى الاستمرار علىالأغشية AAO في اتصال مع احباط موصل التي هي بمثابة القطب العمل (الشكل 2). ويمكن الاطلاع على تفاصيل تصميم الخلية في أماكن أخرى 45. تنظيف الخلية تفلون وذلك بدهن 3 × 10 ثانية مع الأسيتون والإيثانول، ثم 18،2 الماء منزوع الأيونات MΩ. تسمح الخلية لتجف في الهواء المحيط المختبر.
  2. وضع غشاء الفضة الجانب السلبي على قطعة من رقائق الألومنيوم على نحو سلس في الخلية الكهروكيميائية تفلون، وختم منطقة القطب العمل مع فيتون يا الدائري (الشكل 2).
  3. إضافة 3.0 مل من محلول الطلاء النحاس (0.95 M كبريتات النحاس 4 (5H 2 O)، 0.21 MH 2 SO 4) إلى الخلية تفلون. توصيل الكهربائي مكافحة البلاتين والمائي والكهربائي إشارة القطب رقائق الألومنيوم العمل إلى potentiostat باستخدام التقليدية 3 الكهربائي انشاء. تطبيق المحتملة لل-90 مقابل حج بالسيارات / أجكل لمدة 15 دقيقة.
  4. قطع وإزالة الأقطاب المرجعية ومساعدة، وهما حفظ CE قطعةليرة لبنانية وAAO غشاء سليمة مع احباط، ثم يشطف الخلية تحت الماء منزوع الأيونات تشغيل 18،2 MΩ. اسمحوا الخلية ينقع لمدة 30 دقيقة في 5 مل منزوع الأيونات الماء 18،2 لإزالة الزائدة MΩ حل الطلاء النحاس من داخل المسام.
  5. الخلية فارغة، وإضافة 3.0 مل من محلول الطلاء المعدني التجارية النيكل (نيكل وات من شركة بيور تكنيك.) وتوصيل الإشارة مضادة، وأقطاب العمل كما هو موضح في الخطوة 2.3. تطبيق المحتملة لل-900 حج مقابل بالسيارات / أجكل لمدة 20 دقيقة.
  6. قطع وإزالة الأقطاب المرجعية ومساعدة حفظ الخلية واثنين من قطعة AAO الغشاء واحباط سليمة. شطف الخلية 3 × 10 ثانية مع 18.2 منزوع الأيونات الماء MΩ، ثم السماح لها ينقع لمدة 30 دقيقة في 5 مل منزوع الأيونات الماء 18،2 لإزالة الزائدة MΩ حل الطلاء من المسام. السماح للخلية حتى يجف تماما في الهواء المحيط المختبر بين عشية وضحاها.

3. Electropolymerizing الاساسية البوليمر

  1. جلب الخلية تفلون سليمة assemblذ إلى مربع جو خامل القفازات مزودة الاتصالات الخارجية لpotentiostat.
  2. إعداد حل 30 مم 3-hexylthiophene في 3.0 مل من ثلاثي فلوريد البورون 46٪ في ايثر وإضافته إلى الخلية الكهروكيميائية تفلون.
  3. توصيل الأقطاب الكهربائية ومكافحة العمل إلى potentiostat كما هو موضح في الخطوة 2.3. إضافة جي / 3 AGNO إشارة الأسيتونيتريل الكهربائي والاتصال كما هو موضح في الخطوة 2.3. تطبيق المحتملة لل1500 مقابل بالسيارات جي / 3 للAGNO 10 دقيقة. التيارات بناء على أمر من 0.1 مللي أمبير تشير إلى وجود ترسب الناجحة (الشكل 3).
  4. قطع وإزالة الأقطاب المرجعية ومساعدة الحفاظ على غشاء الخلية واثنين من قطعة AAO واحباط سليمة وشطف الخلايا مع 5 مل من الأسيتونيتريل في علبة القفازات لإزالة الزائدة ثلاثي فلوريد البورون. إزالة الخلايا من علبة القفازات وشطف مع قسامة 5 مل من الايثانول، ثم السماح لامتصاص الخلية في الإيثانول النقي لمدة 20 دقيقة. شطف الخلية مرة أخرى مع ميل 5 مل LLI-Q 18،2 منزوع الأيونات الماء وMΩ ثم السماح لامتصاص الخلية في 18.2 منزوع الأيونات الماء لمدة 20 دقيقة MΩ. اتركه حتى يجف في الهواء المحيط المختبر.

4. Electrodepositing شل الذهب

  1. إضافة 3.0 مل من محلول الطلاء المعدني التجارية الذهب (24 Orotemp RTU من شركة تكنيك) إلى الخلية تفلون، مزيج مع ماصة لمدة 2 دقيقة للسماح للحل تصفيح الذهب اختراق المسام تماما وحمل انهيار مسعور من جوهر البوليمر.
  2. ربط الكهربائي يعمل، القطب المضاد، والقطب مائي إشارة إلى potentiostat كما في الخطوة 2.3، وتطبيق -920 بالسيارات مقابل جي / لأوقات متفاوتة أجكل (5 دقائق إلى 5 ساعة). التيارات بناء على أمر من 0.5 مللي أمبير تشير إلى وجود ترسب الناجحة (الشكل 3). يتم تحديد طول أنابيب الذهب في الوقت ترسب (الشكل 4).
  3. شطف الخلية تحت دفق الماء منزوع الأيونات بلغت 18.2 MΩ واتركه حتى يجف.
جنيه "> 5. إزالة المواد الهدى وعزل الأنابيب النانومترية الذهبية

  1. إزالة الغشاء الخلوي من الجمعية تفلون، وحل الفضة والنحاس والنيكل مع بضع قطرات من اضرب. حمض النيتريك (> 68٪) على الجانب المغلفة الفضة. إزالة الحامض وشطف الأغشية 3 × 10 ثانية مع 18.2 منزوع الأيونات الماء MΩ.
  2. حفر جوهر البوليمر عن طريق غمر الغشاء بين عشية وضحاها في حل ت / ت 3:01 من حامض الكبريتيك و 30٪ فوق أكسيد الهيدروجين (Caution! هذا الحل هو مؤكسد قوي ويجب التعامل معها بحذر).
  3. إزالة محلول حمض وشطف الغشاء تحت تيار ماء منزوع الأيونات بلغت 18.2 mΩ. كسر الغشاء الى قطع صغيرة ومكان في قارورة 3،0 مل الطرد المركزي، وإضافة 2 مل من محلول هيدروكسيد الصوديوم المائي 3،0 M. تستنهض الهمم القارورة في خلاط التشغيل ساخنة في 1،000 دورة في الدقيقة و 40 ° C لمدة 3 ساعة أو حتى يذوب الغشاء.
  4. أجهزة الطرد المركزي الخليط لمدة 10 دقيقة في XG 21000، إزالة السائل الطافي وreplacه أنه مع 18.2 منزوع الأيونات الماء MΩ. كرر هذه الدورة 3 مرات. القارورة تحتوي الآن الأنابيب النانوية الذهب التي يمكن علقتها صوتنة لطيف. على صوتنة والتعليق ينبغي أن الحل يبدو الأرجواني الخفيف.

6. توصيف البصرية من الأنابيب النانومترية الذهبية

  1. لقياس أطياف الضوئية، أجهزة الطرد المركزي الحل من الأنابيب النانومترية الذهب لمدة 10 دقيقة في XG 21000، إزالة السائل الطافي واستبداله D 2 O. كرر هذه العملية 3 مرات.
  2. يصوتن الخليط لمدة 30 ثانية حتى يصبح الحل واضحا، ونقل الحل إلى كوفيت 1 كوارتز مل.
  3. الحصول على أطياف من الانقراض 200 نانومتر إلى 2،000 نانومتر في الطيف UV / فيما، التي تعمل في وضع مزدوج الحزمة باستخدام كوفيت مع D 2 O والخلية المرجعية. يجب أن تكون موجودة absorbances اثنين، الموافق مأكل وسائط عرضية طولية و(الشكل 5).
  4. لقياس أطياف الحالة الصلبة، proceeد إلى الخطوة 5.2. وقف ووضع غشاء سليمة على شريحة زجاجية.
  5. الرطب الغشاء وشريحة زجاجية مع D 2 O لزيادة الشفافية.
  6. إرفاق غشاء تأمين لشريحة زجاجية وتركيبها في حامل العينة رقيقة فيلم عن الطيف UV / فيما. تعمل في وضع مزدوج الحزمة، للحصول على الأطياف الانقراض من 200 نانومتر إلى 1،300 نانومتر باستخدام شريحة زجاجية كمرجع.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

بعد كل خطوة، يمكن للمرء تحديد واضح ما إذا كان أو لم يكن ناجحا التوليف من خلال مراقبة لون الغشاء. بعد ترسب النحاس (الخطوة 2.3) وسوف تظهر القالب الأرجواني. فترة عزل النيكل (الخطوة 2.5) سوف تتحول ببطء القالب الأسود. بعد ترسب البوليمر (الخطوة 3.3) يجب أن تظهر قتامة القالب الأرجواني / أسود لامع وأكثر (الشكل 2). يتم تضمين chronoapmerograms نموذجية ناجحة من البوليمر والذهب (الشكل 3). خلال الخطوة النهائية النقش (5.2)، ينبغي أن تظهر قالب الأرجواني ومبهمة (الشكل 2) بسبب الأنابيب النانوية الذهب SPR. بعد حل غشاء (الخطوة 5.4)، يمكن أن الأنابيب النانوية يمكن تصور الذهب باستخدام المجهر الإلكتروني (الشكل 6). يمكن إما الأنابيب النانوية يمكن تصوير من الذهب الحل عن طريق الصب في الصعود إلى انخفاض النحاس شبكة TEM، أو كصفيف الانحياز نمت قبالة قاعدة الذهب عن طريق تركيب عينة على مرحلة SEM قبل disso قالب شفويا. حجم المسام الغشاء يحدد قطر، والتي تتراوح ما بين 10 و 250 نانومتر وفقا لمواصفات الشركة المصنعة. طول الأنابيب النانوية الذهب يعتمد على الوقت ترسب، والتي يمكن ضبطها من 150 نانومتر إلى عدة ميكرون. ومن المتوقع الانحراف المعياري من أطوال أن يكون حوالي 15٪ (الشكل 4).

يتم تضمين الأطياف الضوئية ممثل قطر لمدة 55 نانومتر الهياكل (الشكل 5). 55 نانومتر قطر هياكل يحمل مأكل وضعي في الحل: وضع عرضية الكذب في المنطقة المرئية (520 نانومتر) ووضع الكذب طولية في المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء (~ 1،200 نانومتر). وموقف وضع عرضية تختلف تبعا لطول أنابيب. سوف النانو توليفها في قوالب 200 ميل بحري حجم المسام تظهر عكر والبني في الحل، ومبعثر بشكل كبير في جميع الأطوال الموجية.

s/ftp_upload/50420/50420fig1highres.jpg "FO: المحتوى العرض =" 6.5in "SRC =" / files/ftp_upload/50420/50420fig1.jpg "/>
الشكل 1. مخطط تصور إجراءات إعداد الأنابيب النانوية الذهب. وهي مغلفة جانب واحد من الغشاء AAO بالفضة، تليها الكهربي من طبقات النحاس والنيكل داخل المسام (A). يترسب البوليمر الأساسية (B). جوهر البوليمر تنهار عندما تتعرض لمياه (C). إيداع وقذيفة الذهب (D). وحفرت جميع المواد الذبيحه مما أسفر عن أنابيب جوفاء الذهب (E). اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .

الشكل 2
الشكل 2. الصور الرقمية للخلية كهروكيميائية تفلون مع الاغشيه AAO المغلفة الفضةشمال شرق على وجهه على رقائق الألومنيوم قبل الجمعية (B) (A) وبعد. وقد حفرت صورة غشاء AAO بعد ترسب النحاس (C)، ترسب النيكل (D)، ترسب البوليمر (E) والذهب ترسب المعادن أنابيب بعد الهدى، والبوليمر (F).

الشكل 3
الشكل 3. Chronoamperograms من الذهب في أنابيب الكهربي -920 بالسيارات (أحمر) والبوليمر الأساسية electropolymerization في 1500 بالسيارات (الأزرق).

الشكل 4
الشكل 4. العنبساعة من الذهب طول أنابيب مقابل الزمن الكهربي في -920 بالسيارات لمدة 200 نانومتر الذهب الأنابيب النانوية. ويلاحظ وجود علاقة خطية بين طول والوقت. أشرطة الخطأ تمثل 1 الانحراف المعياري في الطول، استنادا تسقط 100 القياسات.

الشكل 5
الشكل 5. الممثل أطياف انقراض مجموعة الانحياز من 55 نانومتر الذهب قطر الأنابيب النانوية (A). ممثل أطياف انقراض حل علقت الأنابيب النانوية الذهب طول (L) الزيادات (B).

الشكل 6
الشكل 6. صورة SEM من مجموعة من الأنابيب النانوية الانحياز الذهب نمت قبالة ركيزة الذهب أعدت في قالب المسام 55 نانومتر (A) </ STRONG>. صورة TEM من الأنابيب النانومترية الذهبية أعدت في قالب المسام 55 نانومتر (B). A المقطع العرضي TEM من أنابيب أعدت الذهب في قالب نانومتر المسام 200 (C). صورة TEM من أنابيب أعدت الذهب في قالب نانومتر المسام 200 (D). السهام الحمراء تسليط الضوء على منطقة أخف النقيض من أنابيب، مشيرا إلى حجمه التجويف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

توليف قالب الموجهة من nanorods في الأغشية AAO أصبحت شعبية متزايدة، ولكن من nanorods التوليفات تميل إلى أن تكون حساسة للغاية تجاه التغييرات الطفيفة في الظروف المادية والتوليف. هنا، يتم وضع الخطوط العريضة لفهم شامل لمزايا وقيود استخدام الأغشية AAO، وكذلك توجيهي عام لاستخدام الأغشية AAO لتخليق الكهروكيميائية من النانو.

عند شراء الأغشية AAO، وهناك نوعان العامة المتاحة: غير المتماثلة ومتماثل. الأغشية عدم تكافؤ أقطار المسام التي تختلف من أعلى إلى أسفل. الجزء السفلي من قوالب يتكون عادة من شبكة متفرعة من المسام، الأمر الذي يؤدي في نهاية المطاف إلى مجموعة، محاذاة موازية. الأغشية متماثل وتتوفر أيضا، وعادة ما تكون ذات جودة أعلى، مع أقطار المسام موحدة الانحياز على طول سمك كامل الغشاء. ويفضل هذا النوع من الأغشية وإذا كان الهدف هو خلق ARRAY النانو منضم إلى الركيزة.

كما تم شراؤها، والأغشية AAO مفتوحة في كل نهاية. الغرض من طبقة الفضة تبخرت هو تشكيل قطب العمل التي الأختام واحدة من نهاية الغشاء. هذا يسمح لكل المسام ليكون بمثابة خلية كهروكيميائية الفردية خلال التوليف. الخطوة التالية هي الكهربي من المعدن، ومطلوب في الأغشية غير المتماثلة لملء في منطقة متفرعة من الغشاء بأقطار المسام غير موحدة. هذه الخطوة مهمة لانه من دون ذلك، يتم تشكيل النانو متفرعة وغير منتظمة. اختيار من المعدن ليست مهمة ويعتمد على الظروف الخاصة بك النقش المطلوب. تم استخدام النحاس بسبب الموصلية العالية والتكلفة المنخفضة، وسهولة إزالة، ويمكن أيضا الفضة ومع ذلك، النيكل، والذهب يمكن استخدامها.

طبقة النيكل من المهم للخطوة electropolymerization. الهدف من هذه الخطوة هو لتشكيل النيكل 200-500 نانومتر طلاء على رأس النحاس لتشكيل طبقة لاله البوليمر الالتزام. الذهب والنيكل فقط وظائف عمل مناسبة لدعم عالية البلمرة التأكسدي. ولكن الذهب لا يمكن محفورا على حدة من أنابيب (التي تتألف أيضا من الذهب)، وبالتالي يؤدي استخدام الذهب في أنابيب مختومة التي في نهاية واحدة. النيكل هو المعدن الوحيد الذي يمكن استخدامه في هذه الخطوة إذا كنت تحتاج إلى حل الذهب suspendable الأنابيب النانوية التي هي مفتوحة على كلا الطرفين.

البوليمر بمثابة الهدى الأساسية للقذيفة أنابيب الذهب، ولكن اختيار البوليمر والتشكل في أنابيب مهمة جدا. يجب أن يكون البوليمر مسعور، من النوع الذي ينهار على نفسه عند إضافة محلول مائي الذهب الطلاء بدلا من الانضمام إلى جدار القالب. هذا الانهيار مسعور يوفر مساحة للأنابيب الذهب لتودع بين البوليمر والجدران الأساسية والبوليمرات قالب ماء تعرض لنفس الظروف توليف لا تسمح للأنابيب الذهب الكامل لنموذج. يجب أن تشكل البوليمر أيضا فييمكن أوبي بدلا من قضيب ل، والبوليمر قضيب النوى (مسعور أو ماء) لا تنهار، وبالتالي لا تسمح للأنابيب الذهب ترسب قذيفة. وأثرت أيضا على التشكل من البوليمر الأساسية من قبل بالكهرباء / المذيبات المستخدمة لelectropolymerization، الذي يؤثر أيضا على سمك جدار الأنابيب النانوية الناتجة الذهب. وقد تم وصف أكثر تفصيلا لآلية الانهيار الأساسية وكيفية السيطرة على سمك جدار الأنابيب النانوية الناتجة الذهب وصف مؤخرا في الأدب 16. في هذه الدراسة، اخترنا 3-hexylthiophene كما مونومر و 46٪ ثلاثي فلوريد البورون في ايثر كما لدينا المذيبات / بالكهرباء هو معروف منذ لإنتاج رقيقة الجدران، بولي مسعور للغاية-3-hexylthiophene الأنابيب النانوية 7 و 10.

والخطوة الأخيرة هي electrodepositing وعاء الذهب. عند هذه النقطة من الأهمية بمكان لضمان عدم انسداد مسام الغشاء، مما يمنع الكهربي. ويمكن تحقيق ذلك من خلال طيف وشامل الشطف بعد EAالفصل الخطوة، وذلك بالسماح الحل تصفيح الذهب عدة دقائق لتتخلل غشاء تماما قبل تطبيق المحتملة. أسهل إشارة إلى أن الغشاء قد أصبح هو انسداد الحالية منخفضة (أقل من 1 μamp / ثانية لقطر الأغشية وصفها هنا، 13 مم). يمكن أن تختلف طول أنابيب الذهب عن طريق زيادة ترسب الوقت.

بعد حمض النقش على المعادن الأساسية والجوهرية البوليمر، يتم ترك الأنابيب النانوية الذهب في الغشاء. يمكن في هذه المرحلة أن تدرس خصائصها البصرية كصفيف، أو يمكن حل قالب ويمكن ملاحظة خصائصها متجانسة حل البصرية. عند إجراء القياسات البصرية من المهم لضمان إزالة كل آثار من الماء وأكسيد الديوتيريوم استبدالها، والمياه سوف تتداخل مع الجزء القريب من الأشعة تحت الحمراء من الطيف حيث وضع مأكل طولية يحدث. وهناك اعتبار آخر مهم لالقياسات البصرية هو تجميع الأنابيب النانوية الذهب في المحلول. Uوالأنابيب النانوية الذهب nmodified الكلي إذا ما تركت في الحل، وبالتالي يعكس تماما صوتنة قصيرة تجميع هذه الأنابيب النانوية، ومطلوب منهم لوقف بحرية قبل القياسات الانقراض. حلول لهذه الأنابيب النانوية الذهب تظل مستقرة على مدى فترات دقائق إلى ساعات، اعتمادا على حجمها، تتطلب قبل صوتنة أخرى.

وباختصار، يمكن إعداد الأنابيب النانوية الذهب الحلول suspendable في الأغشية AAO. الأغشية AAO مفيدة لتجميع صفائف nanorods عالية نسبة الارتفاع، ولها مزايا أكثر من التوليفات الحل القائم في أنه من السهل جدا السيطرة الأبعاد جسيمات متناهية الصغر. في حين حل التوليفات القائمة يمكن أن تسفر عن المزيد من المواد وتجميع جزيئات مركب أو معقد جوفاء هو أكثر من ذلك بكثير باستخدام الأغشية للرقابة AAO، ويسمح لتركيب صفائف أمر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

وأيد هذا العمل من قبل جامعة تورونتو، والعلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث كندا، ومؤسسة الكندية للإبداع، وصندوق أبحاث أونتاريو. DSS يشكر وزارة أونتاريو لجائزة الباحث في وقت مبكر.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Reagent/Material
UniKera Standard Membrane Synkera Technologies Inc. SM-X-Y-13 Anodic aluminum oxide membranes are available from synkera in various pore sizes ranging from 13 - 150 nm, and thicknesses from 50 to 100 μm. We use the 50 μm ones. They are symmetric, meaning the pore size is uniform from top to bottom.
Anopore Inorganic Membranes Whatman 6809-7023 13 mm diameter, 200 nm pore size. These membranes are very fragile. The pore diameters are not uniform throughout, so it is important to always use the bottom of the membrane as the working electrode
Silver Pellets %99.99 Kurt J. Lesker EVMAG40EXE-D
Copper(II) sulfate pentahydrate Sigma-Aldrich 209189
Sulfuric acid ACP S8780 Caution: corrosive liquid
Hydrogen peroxide (30%) ACP H7000 Caution: oxidizing liquid
Nitric Acid ACP N2800 Caution: corrosive fuming liquid
Sodium Hydroxide Fisher Scientific S318-1 Caution: caustic powder
Watts Nickel Pure Technic Inc. 130859 Product is no longer available from Technic inc., however other commercial nickelplating solutions will work.
Techni-Gold 434HS Technic Inc. X6763600 Contains cyanide, do not acidify
Boron trifluoride diethyl etherate Sigma-Aldrich 175501-100ML Must be stored and used under inert atmosphere
3-hexylthiophene Sigma-Aldrich 399051-5G
Deuterium Oxide Sigma-Aldrich 151880-100G
Acetonitrile (anhydrous) Sigma-Aldrich 271004
Ethanol (anhydrous) Caledon Labs 1500-1-05
Equipment
EC Epsilon potentiostat/galvanostat BASi (Bioanalytical Systems, Inc.) N/A Reference electrodes and platinum wires were included with the potentiostat, and replacements can be purchaes from BASi http://www.basinc.com/products/ec/epsilon/features.html
Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometer Agilent Technologies N/A http://www.chem.agilent.com/en-US/products-services/Instruments-Systems/Molecular-Spectroscopy/Cary-5000-UV-Vis-NIR/Pages/default.aspx
Thermomixer R Eppendorf N/A http://www.eppendorf.com/int/index.php?action=products&contentid=1&catalognode=9832
Branson 2510 Ultrasonic Cleaner Bransonic Z244810 (From Sigma Aldrich) http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/Z244910?lang=en&region=CA
Covap 2 thermal evaporator Angstrom Engineering N/A http://www.angstromengineering.com/covap.html
Millipore Synergy water purification system Millipore N/A http://www.millipore.com/catalogue/module/c9209

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lee, W., Ji, R., Gösele, U., Nielsch, K. Fast fabrication of long-range ordered porous alumina membranes by hard anodization. Nature Publishing Group. 5 (9), 741-747 (2006).
  2. Li, F., Zhang, L., Metzger, R. M. On the growth of highly ordered pores in anodized aluminum oxide. Chemistry of Materials. 10 (9), 2470-2480 (1998).
  3. Martin, C. R. Template synthesis of electronically conductive polymer nanostructures. Accounts of Chemical Research. 28 (2), 61-68 (1995).
  4. Martin, C. R. Membrane-based synthesis of nanomaterials. Chemistry of Materials. 8 (8), 1739-1746 (1996).
  5. Possin, G. E. A method for forming very small diameter wires. Review of Scientific Instruments. 41 (5), 772-774 (1970).
  6. Goad, D. G. W., Moskovits, M. Colloidal metal in aluminum-oxide. Journal of Applied Physics. 49 (5), 2929-2934 (1978).
  7. Huesmann, D., DiCarmine, P. M., Seferos, D. S. Template-synthesized nanostructure morphology influenced by building block structure. Journal of Materials Chemistry. 21 (2), 408-40 (2011).
  8. Steinhart, M., Wendorff, J. H., et al. Polymer nanotubes by wetting of ordered porous templates. Science. 296 (5575), 1997 (2002).
  9. Hulteen, J. C., Martin, C. R. A general template-based method for the preparation of nanomaterials. Journal of Materials Chemistry. 7 (7), 1075-1087 (1997).
  10. DiCarmine, P. M., Fokina, A., Seferos, D. S. Solvent/Electrolyte Control of the Wall Thickness of Template-Synthesized Nanostructures. Chemistry of Materials. 23 (16), 3787-3794 (2011).
  11. Wei, W., Li, S., et al. Surprisingly long-range surface-enhanced Raman scattering (SERS) on Au-Ni multisegmented nanowires. Angewandte Chemie International Edition. 48 (23), 4210-4212 (2009).
  12. Qin, L., Zou, S., Xue, C., Atkinson, A., Schatz, G. C., Mirkin, C. A. Designing, fabricating, and imaging Raman hot spots. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (36), 13300-13303 (2006).
  13. Ruan, C., Eres, G., Wang, W., Zhang, Z., Gu, B. Controlled Fabrication of Nanopillar Arrays as Active Substrates for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. Langmuir. 23 (10), 5757-5760 (2007).
  14. McPhillips, J., Murphy, A., et al. High-Performance Biosensing Using Arrays of Plasmonic Nanotubes. ACS Nano. 4 (4), 2210-2216 (2010).
  15. Bridges, C. R., DiCarmine, P. M., Seferos, D. S. Gold Nanotubes as Sensitive, Solution-Suspendable Refractive Index Reporters. Chemistry of Materials. 24 (6), 963-965 (2012).
  16. Bridges, C. R., DiCarmine, P. M., Fokina, A., Huesmann, D., Seferos, D. S. Synthesis of Gold Nanotubes with Variable Wall Thicknesses. Journal of Materials Chemistry A. 1, 1127-1133 (2013).
  17. Kennedy, L. C., Bickford, L. R., et al. A New Era for Cancer Treatment: Gold-Nanoparticle-Mediated Thermal Therapies. Small. 7 (2), 169-183 (2010).
  18. Lee, S. B., Martin, C. R. pH-Switchable, Ion-Permselective Gold Nanotubule Membrane Based on Chemisorbed Cysteine. Analytical Chemistry. 73 (4), 768-775 (2001).
  19. Velleman, L., Shapter, J. G., Losic, D. Gold nanotube membranes functionalised with fluorinated thiols for selective molecular transport. Journal of Membrane Science. 328 (1-2), 1-2 (2009).
  20. Sanchez-Castillo, M. A., Couto, C., Kim, W. B., Dumesic, J. A. Gold-Nanotube Membranes for the Oxidation of CO at Gas-Water Interfaces. Angewandte Chemie( International ed. in English). 43 (9), 1140-1142 (2004).
  21. Kim, B. Y., Swearingen, C. B., Ho, J. -A. A., Romanova, E. V., Bohn, P. W., Sweedler, J. V. Direct Immobilization of Fab' in Nanocapillaries for Manipulating Mass-Limited Samples. Journal of the American Chemical Society. 129 (24), 7620-7626 (2007).
  22. Delvaux, M., Walcarius, A., Demoustier-Champagne, S. Electrocatalytic H2O2 amperometric detection using gold nanotube electrode ensembles. Analytica Chimica Acta. 525 (2), 221-230 (2004).
  23. Kohli, P., Wirtz, M., Martin, C. R. Nanotube Membrane Based Biosensors. Electroanalysis. 16 (12), 9-18 (2004).
  24. Ruppin, R. Electromagnetic Surface Modes. , John Wiley & Sons. New York. (1982).
  25. Sonninchsen, C. Plasmons in Metal Nanostructures. , Culliver Verlag. Gottingen. (2001).
  26. Barnes, W. L., Dereux, A., Ebbesen, T. W. Surface plasmon subwavelength optics. Nature. 424, 824-830 (2003).
  27. Maier, S. A., Kik, P. G., et al. Local detection of electromagnetic energy transport below the diffraction limit in metal nanoparticle plasmon waveguides. Nature Materials. 2 (4), 229-232 (2003).
  28. Barhoumi, A., Zhang, D., Tam, F., Halas, N. J. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy of DNA. Journal of the American Chemical Society. 130 (16), 5523-5529 (2008).
  29. Yin, J., Wu, T., et al. SERS-Active Nanoparticles for Sensitive and Selective Detection of Cadmium Ion (Cd2. Chemistry of Materials. 23 (21), 4756-4764 (2011).
  30. Schmucker, A. L., Harris, N., et al. Correlating Nanorod Structure with Experimentally Measured and Theoretically Predicted Surface Plasmon Resonance. ACS Nano. 4 (9), 5453-5463 (2010).
  31. Payne, E. K., Shuford, K. L., Park, S., Schatz, G. C., Mirkin, C. A. Multipole Plasmon Resonances in Gold Nanorods. The Journal of Physical Chemistry B. 110 (5), 2150-2154 (2006).
  32. Moskovits, M. Surface-enhanced spectroscopy. Reviews of Modern Physics. 57 (3), 783 (1985).
  33. Sieb, N. R., Wu, N. -C., Majidi, E., Kukreja, R., Branda, N. R., Gates, B. D. Hollow metal nanorods with tunable dimensions, porosity, and photonic properties. ACS Nano. 3 (6), 1365-1372 (2009).
  34. Muench, F., Kunz, U., Neetzel, C., Lauterbach, S., Kleebe, H. -J., Ensinger, W. 4-(Dimethylamino)pyridine as a Powerful Auxiliary Reagent in the Electroless Synthesis of Gold Nanotubes. Langmuir. 27 (1), 430-435 (2011).
  35. Wirtz, M., Martin, C. R. Template-Fabricated Gold Nanowires and Nanotubes. Advanced Materials. 15 (5), 455-458 (2003).
  36. Sehayek, T., Lahav, M., Popovitz-Biro, R., Vaskevich, A., Rubinstein, I. Template Synthesis of Nanotubes by Room-Temperature Coalescence of Metal Nanoparticles. Chemistry of Materials. 17 (14), 3743-3748 (2005).
  37. Lahav, M., Sehayek, T., Vaskevich, A., Rubinstein, I. Nanoparticle Nanotubes. Angewandte Chemie (International ed. in English). 42 (45), 5576-5579 (2003).
  38. Hua, Z., Yang, S., et al. Metal nanotubes prepared by a sol-gel method followed by a hydrogen reduction procedure. Nanotechnology. 17 (20), 5106-5110 (2006).
  39. Lee, W., Scholz, R., Nielsch, K., Gösele, U. A Template-Based Electrochemical Method for the Synthesis of Multisegmented Metallic Nanotubes. Angewandte Chemie (International ed. in English). 44 (37), 6050-6054 (2005).
  40. Cui, C. -H., Li, H. -H., Yu, S. -H. A general approach to electrochemical deposition of high quality free-standing noble metal (Pd, Pt, Au, Ag) sub-micron tubes composed of nanoparticles in polar aprotic solvent. Chemical Communications. 46 (6), 940 (2010).
  41. Han, X. -F., Shamaila, S., Sharif, R., Chen, J. -Y., Liu, H. -R., Liu, D. -P. Structural and Magnetic Properties of Various Ferromagnetic Nanotubes. Advanced Materials. 21 (45), 4619-4624 (2009).
  42. Hendren, W. R., Murphy, A., et al. Fabrication and optical properties of gold nanotube arrays. Journal of Physics: Condensed Matter. 20 (36), 362203 (2008).
  43. Lahav, M., Weiss, E. A., Xu, Q., Whitesides, G. M. Core-Shell and Segmented Polymer-Metal Composite Nanostructures. Nano Letters. 6 (9), 2166-2171 (2006).
  44. Chen, X., Li, S., Xue, C., Banholzer, M. J., Schatz, G. C., Mirkin, C. A. Plasmonic Focusing in Rod-Sheath Heteronanostructures. ACS Nano. 3 (1), 87-92 (2009).
  45. Banholzer, M. J., Qin, L., Millstone, J. E., Osberg, K. D., Mirkin, C. A. On-wire lithography: synthesis, encoding and biological applications. Nature Protocols. 4 (6), 838-848 (2009).

Tags

الكيمياء، العدد 74، الهندسة الكيميائية، علوم المواد، الفيزياء، تقنية النانو، والكيمياء والمواد (عام)، المواد المركبة، غير عضوية، الكيمياء العضوية والفيزيائية والمعادن ومواد معدنية، الذهب، الأنابيب النانوية، انوديك قوالب أكسيد الألومنيوم، سطح مأكل صدى، الاستشعار عن بعد، معامل الانكسار، والتوليف قالب توجه، نانو
إخراج القالب التجميعي من الأنابيب النانومترية الذهبية Plasmonic مع امتصاص الأشعة تحت الحمراء الانضباطي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bridges, C. R., Schon, T. B.,… More

Bridges, C. R., Schon, T. B., DiCarmine, P. M., Seferos, D. S. Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance. J. Vis. Exp. (74), e50420, doi:10.3791/50420 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter