Waiting
Login processing...

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

Chemistry

סינתזת חלקיקי זהב

Published: July 10, 2021 doi: 10.3791/62176
Automatic Translation
1, 2, 1, 3, 1
1Department of Electrical and Computer Engineering, University of California, Davis, 2Department of Computer Sciences and Electrical Engineering, Marshall University, 3Department of Materials Science and Engineering, University of California, Davis

Summary

פרוטוקול לסנתז ~ 12 ננומטר זהב קוטר חלקיקים (Au חלקיקים) בממס אורגני מוצג. חלקיקי הזהב מכוסים ליגנדים אוליאמין כדי למנוע agglomeration. חלקיקי הזהב מסיסים בממסים אורגניים כגון טולואן.

Abstract

חלקיקי זהב (חלקיקי Au) כי הם ~ 12 ננומטר קוטר היו מסונתזים על ידי הזרקת במהירות פתרון של 150 מ"ג (0.15 mmol) של חומצה tetrachloroauric ב 3.0 גרם (3.7 mmol, 3.6 מ"ל) של אוליאמין (כיתה טכנית) ו 3.0 מ"ל של טולואן לתוך פתרון רותח של 5.1 גרם (6.4 mmol, 8.7 מ"ל) של אוליאמין ב 147 מ"ל של טולואן. תוך כדי רותחים ומערבבים את פתרון התגובה במשך שעתיים, צבע תערובת התגובה השתנה מבהיר, לצהוב בהיר, לוורוד בהיר, ואז לאט לאט לאדום כהה. לאחר מכן החום כבה, והפתרון הורשה להתקרר בהדרגה לטמפרטורת החדר למשך שעה. חלקיקי הזהב נאספו והופרדו מהפתרון באמצעות צנטריפוגה ונשטפו שלוש פעמים; על ידי מערבולת ופיזור חלקיקי הזהב ב 10 חלקים מ"ל של טולואן, ולאחר מכן זירז את חלקיקי הזהב על ידי הוספת 40 חלקים מ"ל של מתנול ספינינג אותם בצנטריפוגה. הפתרון נקבע אז כדי להסיר את כל תוצרי הלוואי הנותרים וחומרי התחלה לא מעובדים. ייבוש חלקיקי הזהב בסביבת ואקום הפיק גלולה שחורה מוצקה; אשר יכול להיות מאוחסן במשך פרקי זמן ארוכים (עד שנה אחת) לשימוש מאוחר יותר, ולאחר מכן פתור מחדש ממיסים אורגניים כגון טולואן.

Introduction

חלקיקי זהב הם סוג מעניין ושימושי של ננו כי הם הנושא של מחקרים ויישומים רבים; כגון ביולוגיה1,רפואה 2, ננוטכנולוגיה3, והתקנים אלקטרוניים4. מחקר מדעי על חלקיקי זהב שתחילתה כבר בשנת 1857, כאשר מייקל פאראדיי ביצע מחקרים בסיסיים על סינתזה ומאפיינים של חלקיקי זהב5. שתי טכניקות "מלמטה למעלה" העיקריות לסינתזה של חלקיקי זהב הן שיטת הפחתת ציטראט6,7,8 ושיטת סינתזה דו פאזית אורגנית9,10. שיטת הפחתת הציטראט "Turkevich" מייצרת חלקיקי זהב מונודיספרסיים למדי בקוטר של פחות מ-20 ננומטר, אך הפולידיספרסיות עולה עבור חלקיקי זהב בקוטר של מעל 20 ננומטר; ואילו השיטה הדו-שלבית "Brust-Schiffrin" משתמשת בייצוב ליגנד גופרית/תיול כדי לייצר חלקיקי זהב בקוטר של עד ~ 10 ננומטר11. פתרונות חלקיקי זהב מסונתזים מראש בשיטות אלה זמינים מסחרית. עבור יישומים שבהם כמויות גדולות, monodispersity גבוהה, קטרים גדולים של חלקיקי זהב אינם נחוצים, זה עשוי להיות מספיק כדי לרכוש ולהשתמש אלה חלקיקי זהב מסונתז מראש מספקים. עם זאת, חלקיקי זהב המאוחסנים בתמיסה, כגון רבים מאלה הזמינים מסחרית, עלולים להשפיל לאורך זמן כמו חלקיקים מתחילים agglomerate וליצור אשכולות. לחלופין, עבור יישומים בקנה מידה גדול, פרויקטים ארוכי טווח שבהם חלקיקי זהב צריך לשמש לעתים קרובות או על פני תקופה ארוכה של זמן, או שבו יש דרישות מחמירות יותר עבור monodispersity וגודל של חלקיקי זהב, זה עשוי להיות רצוי לבצע את סינתזת חלקיקי זהב עצמך. על ידי ביצוע תהליך סינתזת חלקיקי זהב, יש הזדמנות לשלוט באופן פוטנציאלי בפרמטרים סינתזה שונים כגון כמות חלקיקי זהב המיוצרים, קוטר חלקיקי הזהב, monodispersity של חלקיקי הזהב, ואת המולקולות המשמשות ליגנדים capping. יתר על כן, חלקיקי זהב כאלה ניתן לאחסן כדורי מוצק בסביבה יבשה, עוזר לשמר את חלקיקי זהב, כך שהם יכולים לשמש במועד מאוחר יותר, עד שנה מאוחר יותר, עם השפלה מינימלית באיכות. יש גם פוטנציאל לחיסכון בעלויות והפחתת פסולת על ידי ייצור חלקיקי זהב בכמויות גדולות יותר ולאחר מכן אחסון אותם במצב יבש, כך שהם נמשכים זמן רב יותר. בסך הכל, סינתזה חלקיקי זהב עצמך מספק יתרונות משכנעים זה לא יכול להיות ריאלי עם חלקיקי זהב זמין מסחרית.

על מנת לממש את היתרונות הרבים האפשריים עם סינתזת חלקיקי זהב, תהליך מוצג בזאת עבור סינתזה חלקיקי זהב. תהליך סינתזת ננו-חלקיקי הזהב המתואר הוא גרסה שונה של תהליך שפותח על ידי חירמאצו ו Osterloh12. חלקיקי זהב מסונתזים בדרך כלל בקוטר של ~ 12 ננומטר באמצעות תהליך סינתזה זה. ריאגנטים כימיים העיקריים המשמשים לביצוע תהליך סינתזת ננו חלקיקים זהב הם חומצה tetrachloroauric (HAuCl4), אוליאמין, טולואן. תיבת כפפות חנקן משמשת כדי לספק סביבה יבשה אינרטית לתהליך סינתזת חלקיקי הזהב, כי חומצה tetrachloroauric רגיש למים / לחות. חלקיקי הזהב הם עטוף עם מולקולות ליגנד אוליאמין כדי למנוע חלקיקי זהב מ agglomerating בתמיסה. בסוף תהליך הסינתזה, חלקיקי הזהב מיובשים בסביבת ואקום, כך שניתן לאחסן ולשמר אותם במצב יבש לשימוש מאוחר יותר, עד שנה לאחר מכן. כאשר חלקיקי הזהב מוכנים לשימוש, ניתן להשתמש בהם מחדש לפתרון בממסים אורגניים כגון טולואן.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כמויות כימיות:
הערה: כדי להשיג את הכמויות הכימיות המתאימות לסינתזת הננו-חלקיקים, קח את הסכומים הראשוניים שנמצאו בגיליון "ננו-חלקיקים סינתזה" (בעמוד השני של המידע התומך ממאמר המחקר של אוסטרלו12), והכפל את כמות כל המינונים ב -3, עם כמה שינויים קלים. טבלה 1 מציגה את הכמויות הכימיות הדרושות לפתרון ההזרקה, פתרון רותח, פתרונות כביסה/טיהור ותמיסת תחריט זהב.

ניקוי והכנה לתהליך סינתזת חלקיקי זהב (יום 1)
הערה: ניתן להשלים את השלבים הבאים ביום הראשון של תהליך הסינתזה.

1. דברים שכדאי לבדוק ולהבטיח לפני ההכנה לסינתזת חלקיקי הזהב

התראה: ודא כי ניקוי והכנת טרום סינתזה מבוצעים מכסה המנוע אדים וספסל רטוב חומצה בעת לבישת ציוד מגן אישי (PPE) כגון כפפות ניטריל, משקפי בטיחות / משקפי מגן, וחלוק מעבדה בעת שימוש מכסה המנוע אדים; ובעוד בנוסף לובש כפפות כימיות, שמלה כימית, מגן פנים, ומשגבות בעת שימוש בספסל רטוב חומצה.

  1. ודא כי תיבת כפפת חנקן זמין, שבו לבצע את ההכנות ממס / מגיב תהליך סינתזה / תגובה כימית.
    הערה: אם תיבת כפפת חנקן אינה זמינה, ניתן להשתמש במקום זאת במכסה המנוע אדים (אולי עם קו שלנק), אם כי האווירה האינרטית בתיבת כפפות החנקן אמורה לייצר חלקיקים באיכות גבוהה יותר על ידי שמירה על טוהר החומצה הטטרכלורואורית (HAuCl4). פתרון הזרקת חלקיקי זהב המכיל את החומצה tetrachloroauric צריך להיות מוכן באווירה אינרטית או תיבת כפפות חנקן במידת האפשר.
  2. ודא כי מעמד עם מהדק ממוקם בתיבת כפפת חנקן, להחזיק ולתמוך צינור המדבקה במהלך תהליך סינתזת חלקיקי זהב.
    הערה: מעמד זה עם מהדק יאפשר גם צינור מסוף להיות הרים והושעה מעל כלי התגובה בעוד טולואן, חומצה tetrachloroauric ותמיסת אוליאמין מוזרק לתוך כלי התגובה.
  3. ודא כי התנור עם המשדר המגנטי וכלי קיבול קעור מעגלי עם בטנת פיברגלס (להחזקה ותמיכה בכדור כלי התגובה, ולחימום כלי התגובה ולסיבוב מוט האסטר המגנטי) ממוקם בתיבת כפפות החנקן.
  4. ודא כי ישנם שני צינורות גומי (לחיבור צינור המכלית ליציאות כניסת / שקע המים) הממוקמים בתוך תיבת כפפות החנקן.
  5. ודא כי מיקרו איזון המסוגל רזולוציה מיליגרם (מ"ג) ממוקם בתיבת כפפת חנקן.
  6. ודא שיש מספיק ריאגנטים כימיים וממסים לתהליך הניקוי והסינתזה (ראה טבלה 1).
    הערה: מומלץ להשתמש בטוהר גבוה טרי/חדש (≥99.8%) טולואן ומתנול שמעולם לא נפתחו או נחשפו לאוויר / מים. כמו כן, מומלץ להשתמש בחומצה טטרכלורואורית טרייה/חדשה (HAuCl4)המאוחסנת במקרר ומעולם לא נפתחה עד שהיא מועברת לתיבת כפפות החנקן. אין לחשוף את החומצה הטטרכלורורית לאוויר או למים/לחות בכל עת, יש לפתוח אותה רק בתיבת הכפפות של החנקן, ויש לאחסן אותה בתיבת הכפפות של החנקן לאחר פתיחתה בתיבת הכפפות של החנקן. עדיף להשתמש אוליאמין חדש, ואת oleylamine צריך להיות מאוחסן גם בתיבת הכפפות חנקן. חומצה Tetrachloroauric ואולילאמין כי הם חדשים לגמרי או פחות מ 1 בן צריך לייצר תוצאות טובות יותר.
  7. ודא שיש שקיות ניילון, כפפות ניטריל XL, מגבונים לחדר נקי ונייר אלומיניום בתיבת כפפות החנקן.

2. נקה את כלי הזכוכית תגובה כימית (לפני סינתזת חלקיקי זהב)

התראה: זהב תחריט TFA ו regia אקווה הם קורוזיביים. ללבוש את ציוד מגן אישי הדרוש (PPE) כגון כפפות כימיות, שמלה כימית, משקפי מגן, מגן פנים. יש לטפל רק בתמיסה הקורוזיבית בספסל רטוב בחומצה בעודכם לובשים את ה-PPE הדרוש.

  1. בספסל הרטוב של החומצה, מניחים את כלי תגובת הזכוכית עם צינור המרוכסן המחובר אליו לתוך 600 מל לתמיכה, ומניחים את הצד של צינור המרוכסן כנגד הקיר הצדדי של הספסל הרטוב של החומצה לתמיכה נוספת.
  2. נקה את כלי הזכוכית של התגובה הכימית (צינור קונדנסר, כלי תגובה, פיפט זכוכית) ובר ערבוב מגנטי על ידי שפיכת ~ 150 מ"ל של פתרון TFA תחריט זהב ~ 150 מ"ל של מים DI (1:1 תערובת) לתוך צינור מלבן וכלי זכוכית כלי תגובה. מניחים את בר הערבוב המגנטי ואת הזכוכית הארוכה מדורגת פיפטה לתוך הצינור מרוכב ולאפשר את האמבטיה TFA תחריט זהב לשבת ולנקות את כלי הזכוכית במשך 30 דקות.
    הערה: איור משלים 1 מציג את כלי הזכוכית של התגובה הכימית המנקים עם תחריט זהב.
  3. לאחר 30 דקות, להפריד את כלי הזכוכית כדי לפצח את החותם בין צינור המסוף ואת כלי התגובה כדי לאסוף את כל הפתרון תחריט זהב לתוך כלי התגובה, ויוצקים את הפתרון תחריט זהב משומש לתוך 400 מל בספסל רטוב חומצה.
    הערה: פתרון תחריט הזהב ייעשה שימוש חוזר מאוחר יותר כדי לנקות את כלי הזכוכית תגובה כימית לאחר תהליך הסינתזה נגמר.
  4. עדיין בספסל רטוב חומצה, לשטוף את כלי זכוכית התגובה הכימית ואת בר ערבוב מגנטי 3-4 פעמים עם מים DI לשטוף את הפתרון הנותר תחריט זהב, ולאחר מכן לאפשר את התגובה הכימית כלי זכוכית בר ערבוב מגנטי לשבת באמבט מים DI במשך 30 דקות נוספות.
  5. לאחר 30 דקות של ישיבה באמבט מים DI, לרוקן את המים ולהשתמש באקדח מים DI לשטוף את המים במורד ניקוז הספסל רטוב חומצה. לפוצץ את כלי הזכוכית יבש עם אקדח החנקן.
  6. במכסה המנוע אדים, לנקות את כלי זכוכית התגובה הכימית (צינור מייצב, כלי תגובה, פיפטה זכוכית) ואת בר ערבוב מגנטי על ידי שטיפה עם אצטון, מתנול, isopropanol; ואז לפוצץ לייבש את כלי הזכוכית עם חנקן. השליכו את הממיסים המלוכלכים לבקבוק פסולת דליק.
  7. בספסל הרטוב חומצה, לנקות את כלי זכוכית התגובה הכימית ואת בר ערבוב מגנטי עם מים DI, ואז לפוצץ לייבש את כלי הזכוכית עם חנקן.
  8. במכסה המנוע אדים, לנקות את כלי זכוכית התגובה הכימית ואת בר ערבוב מגנטי עם טולואן, ואז לפוצץ לייבש את כלי הזכוכית עם חנקן. השליכו את תמיסת הה טולואן המלוכלכת לבקבוק פסולת דליק.
  9. לכסות את כלי הזכוכית תגובה כימית (צינור מרוכב, כלי תגובה, פיפטה זכוכית) ואת מוט ערבוב מגנטי עם רדיד אלומיניום (במיוחד פתחים / יציאות של כלי הזכוכית) כדי לשמור על כלי זכוכית נקיים. לתקוע כמה חורים קטנים לתוך רדיד אלומיניום עם פינצטה, כדי לאפשר מים להתאדות מן כלי הזכוכית.

3. נקה את כלי הזכוכית האחרים ואת חומרי הסינתזה

  1. במכסה המנוע אדים, לנקות את כלי הזכוכית האחרים (למשל, זכוכית 400 מל, 5 מל קטן בוגר צילינדר זכוכית, שני בקבוקונים זכוכית 20 מל לא מימית עם כובעים מצופים PTFE), ואספקה (למשל, מרית מתכת / סקופולה, פינצטה) עם אצטון, מתנול או isopropanol, ומים DI; ואז לפוצץ לייבש את כלי הזכוכית האחרים ואספקה עם חנקן. השליכו את הממיסים המלוכלכים לבקבוק פסולת דליק.
  2. אם יש שאריות גלויות על כלי הזכוכית או האספקה, לנגב אותם עם ניקוי חדר נקי או לשטוף עם סבון אצטון / isopropanol עד שאריות נעלם. ואז לשטוף אותם עם אצטון, מתנול, וממיסים isopropanol שוב, ולאחר מכן לפוצץ את כלי הזכוכית יבש עם חנקן.
  3. במכסה המנוע אדים, לנקות את כלי הזכוכית האחרים ואספקה עם טולואן; ואז לפוצץ לייבש את כלי הזכוכית האחרים ואספקה עם חנקן. השליכו את תמיסת הה טולואן המלוכלכת לבקבוק פסולת דליק.
  4. במכסה המנוע אדים, לנקות את צינורות צנטריפוגה חרוט 50 מ"ל עם אצטון, מתנול או isopropanol, טולואן; ואז לפוצץ לייבש אותם עם חנקן.
  5. מכסים את כלי הזכוכית האחרים ומספקים בנייר אלומיניום, במיוחד את הפתחים / היציאות של כלי הזכוכית, כדי לשמור על כלי הזכוכית נקיים. לתקוע כמה חורים קטנים לתוך רדיד אלומיניום עם פינצטה, כדי לאפשר מים להתאדות מן כלי הזכוכית. ודא כי הכובעים נמצאים על צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל.
  6. לנקות את נורת פיפטה גומי עם שסתומים על ידי ניגוב אותו עם ניקוי עם איזופרופנול, ולאחר מכן להשתמש בשסתומים כדי למצוץ כמה איזופרופנול (למשל, תוך התזת כמה לתוכו מבקבוק סחיטה איזופרופנול) לתוך הנורה להשפריץ את איזופרופנול לתוך בקבוק פסולת דליק. ודא כי אין שאריות על הנורה. לפוצץ לייבש את הנורה עם חנקן לכסות אותו עם רדיד אלומיניום.
    הערה: איור 2 המשלים מציג את כלי הזכוכית והאספקה לאחר ניקוי.

4. להעביר את הכימיקלים, כלי זכוכית ואספקה לתוך תיבת כפפת חנקן

  1. השתמש זוג טרי של כפפות ניטריל XL מעל כפפות תיבת הכפפות לטיפול פריטים וכימיקלים בתוך תיבת כפפות חנקן.
  2. מכניסים את הבקבוקים הכימיים החדשים (טולואן ומתנול) לתיבת הכפפות של החנקן (על ידי העברתם לעומס ושאיבתם למטה כדי להסיר את אוויר הסביבה עם משאבת הוואקום, ולאחר מכן לטהר את העומס עם חנקן). ודא כי יש גם בקבוק פסולת דליק עבור טולואן משומש / מלוכלך בתיבת כפפת חנקן.
  3. ודא כי חומצה tetrachloroauric (HAuCl4) ואת oleylamine נמצאים גם בתיבת כפפות חנקן, שם הם מאוחסנים כדי למנוע חשיפה לחמצן ומים / לחות.
  4. מניחים את כלי הזכוכית של התגובה הכימית (צינור מייצב, כלי תגובה, פיפטה מזכוכית), מוט ערבוב מגנטי, צינורות צנטריפוגה חרוטיים 50 מל, וכלי זכוכית אחרים (למשל, זכוכית 400 מל, 5 מל צילינדר זכוכית בוגר קטן, שני בקבוקוני זכוכית לא מימית 20 מל עם כובעים מצופים PTFE) ואספקה אחרת (למשל, micropipette, טיפים מיקרופיפט נקי חדש בשקית ניילון, מרית מתכת / scoopula, פינצטה, נורת פיפטה שסתום) בתיבת הכפפות סגור את דלת loadlock, לשאוב את loadlock כדי ואקום, להשאיר אותם תחת ואקום במשך 2 דקות, לטהר את loadlock עם חנקן, ולאחר מכן להעביר / למקם את הפריטים בתוך תיבת כפפת חנקן.
    הערה: כל שאריות המים והממסים היו צריכים להתאדות במנעול העומס תוך שאיבתו לוואקום, לפני טיהור העומס עם חנקן.
  5. לאחר העברת הפריטים בתוך תיבת כפפות החנקן, השתמש בשכבה נוספת של רדיד אלומיניום כדי לכסות את הפריטים (במיוחד את כלי הזכוכית) המכוסים בנייר אלומיניום עם חורים בנייר כסף, כדי לכסות את החורים ולמנוע מהפריטים להתלכלך בתוך תא הכפפות של החנקן.
  6. השאירו את הפריטים הנקיים בתיבת כפפות החנקן למשך הלילה, כאשר החנקן מסתובב, כדי להסיר ולסנן כל שאריות מים/לחות/לחות מתוך תא הכפפות של החנקן.

תהליך סינתזת חלקיקי זהב (יום 2)
הערה: ניתן להשלים את השלבים הבאים ביום השני של תהליך הסינתזה.

5. להגדיר ולנקות את כלי הזכוכית תגובה כימית & אספקה בתיבת כפפת חנקן

  1. התחילו להקים ולנקות את כלי הזכוכית והאספקה של התגובה הכימית בתיבת הכפפות של החנקן. בתוך תיבת כפפות החנקן, מניחים את כלי תגובת הזכוכית על גבי כלי הקיבול של רשת הפיברגלס על גבי התנור / המהדק, ומניחים את צינור המתגבר מעל כלי תגובת הזכוכית, ותומכים בצינור המתגבר עם המעמד עם המהדקים.
    הערה: איור משלים 3 מציג את ההתקנה הניסיונית של סינתזת ננו-חלקיקים מזהב.
  2. ודא כי מוט ערבוב מגנטי הוא בתוך כלי התגובה זכוכית. יוצקים ~ 200 מ"ל של טולואן לתוך כלי התגובה זכוכית. מניחים את כלי תגובת הזכוכית עם ~ 200 מ"ל של טולואן על מעטפת החימום המרגשת ומנמיכים את צינור מחדד הזכוכית לכלי התגובה.
  3. חברו את שני הצינורות בתוך תא הכפפות של החנקן לכניסת המים ויציאות היציאה של צינור המכלית.
  4. מחוץ לתיבת הכפפות של החנקן, מניחים את קצה צינור ניקוז שקע המים לתוך מאגר הניקוז / הכיור במכסה המנוע הסמוך. השתמש מהדק או קלטת להחזיק את הצינור ולשמור את הצינור מכוון למטה לתוך הניקוז.
  5. חבר את צינור כניסת אספקת המים לקו אספקת המים במכסה המנוע הסמוך.
  6. לאט לאט להפעיל ולפקח על המים כדי להבטיח שהוא זורם בעדינות דרך התא החיצוני של הצינור מרוכז. להתאים את זרימת המים לפי הצורך על ידי פתיחה קלה / סגירת שסתום המים.
  7. אפשר למים לזרום דרך יציאת הכניסה בתחתית צינור המסוף, במעלה צינור המסוף, ולצאת מיציאת היציאה בחלק העליון של צינור המסוף.
  8. ודא שאין בועות אוויר גדולות באספקת המים וודא שהצינורות יציבים מבחינה מכנית.
    הערה: כאשר פתרונות רותחים בכלי התגובה הכימית, זורמים באיטיות מים מתחתית צינור המסוף, למעלה דרך התא החיצוני של כלי הצינור המרוכז, לחלק העליון של צינור המסוף, כך שהמים מתנקזים באיטיות דרך צינור הניקוז. זרימת מים איטית אך רציפה זו תקרר את צינור המרוכז ותסייע ב עיבוי וזיכרון האדים המבושלים.
  9. ודא כי המים זורמים בעדינות דרך צינור המרוכז כדי לקרר אותו.
  10. לזרום ברציפות חנקן טרי לתוך תיבת כפפת חנקן כדי לטהר את תיבת הכפפות. לאוורר ברציפות את תיבת כפפת החנקן על ידי משיכת ואקום קל על תיבת כפפות החנקן, כך אדי חנקן טולואן נשאבים מתוך תיבת הכפפות.
    הערה: משוך ואקום קל על תיבת כפפת החנקן על ידי פתיחת שסתום השוויון מעט בין תיבת כפפת החנקן לבין עומס תוך משיכת ואקום על עומס. אין לפתוח באופן מלא את שסתום השוויון או שרמת הוואקום וזרימת החנקן יהיו גבוהים מדי. זרימה רק מספיק חנקן כדי לשטוף ללא הרף החוצה ולאוורר את אדי טולואן / כימי בתיבת הכפפות לאורך זמן. יש לארוז את קו פליטת הוואקום למכסה המנוע של אדים.
  11. התחל חימום ומערבבים את טולואן עם stirrer מגנטי על מעטפת ערבוב וחימום. אפשרו ל טולואן להתקרב לרתיחה עדינה. אין להתקרב או לחרוג טמפרטורת נקודת הבזק של טולואן; להפחית את החום כאשר הוא מתחיל לרתיחה.
  12. אפשרו לטונואן לרתיחה ולהתאדות במשך 30 דקות עם מוט הערבוב המגנטי תוך ערבוב כדי לנקות את כלי הזכוכית התגובה (כלי תגובה וצינור מעבות).
    הערה: הטונואן התאדה יתקרר ויתעבה בצינור המעבה, ויטפטף חזרה לתוך כלי התגובה.
  13. לאחר 30 דקות, לכבות את התנור ואת stirrer מגנטי, ולאפשר טולואן להתקרר במשך כמה דקות, עד טולואן מפסיק להתאדות מתעב בתוך כלי התגובה.
  14. לאחר שהטונואן מתקרר, הרם בזהירות את צינור המסוף והשהה אותו מעל כלי התגובה על ידי תמיכה בו באמצעות המעמד עם מלחציים. הקפד להדק את המהדק ולתמוך צינור המרוכסן כראוי, כפי שהוא יכול להיות לא יציב.
  15. יוצקים את טולואן מכלי התגובה לתוך זכוכית 400 מל. היזהר לא בטעות לשפוך את מוט ערבוב מגנטי. מניחים את כלי התגובה בחזרה על המעטפת חימום ומערבבים.
  16. מערבולת טולואן סביב זכוכית 400 מל כדי לנקות את הכף. יוצקים וזורקים את הה טולואן המלוכלך /משומש לתוך בקבוק הפסולת הדליק. לנקות את זכוכית 400 מל שוב עם קצת טולואן טרי, ולאחר מכן להשליך את toluene משומש לתוך בקבוק פסולת דליק.

6. טולואן & אוליאמין הרותח פתרון הכנה

התראה: אוליאמין הוא רעיל וקורוזיבי, אז לטפל בו בזהירות. אם אתם מטפלים אוליאמין מחוץ לתיבת כפפות החנקן, ללבוש את ציוד מגן אישי הדרוש (PPE) כגון כפפות כימיות, שמלה כימית, משקפי מגן, מגן פנים. אם מטפלים oleylamine בתוך תיבת כפפת חנקן, הקפד לכסות את כפפות תיבת הכפפות עם כפפות ניו / נקי XL ניטריל. היזהר לא בטעות לשפוך את אוליאמין. כמה מגבונים חדר נקי ניתן להניח על משטח ספסל המעבדה בתוך תיבת הכפפות כדי לעזור לספוג את כל נשפך קטן.

  1. בתוך תיבת כפפת החנקן, לעשות פתרון רותחים של 147 מ"ל (~ 150 מ"ל) של טולואן ו 8.7 מ"ל (~ 9 מ"ל) של אוליאמין בכלי התגובה.
    1. השתמש זכוכית 400 מל כדי למדוד את 147 מל (~ 150 מל) של טולואן. יוצקים את 147 מ"ל (~ 150 מ"ל) של טולואן מכוס הזכוכית לתוך כלי התגובה.
    2. השתמש 5 מ"ל זכוכית קטנה מדורגת צילינדר כדי למדוד בזהירות את 8.7 מ"ל (~ 9 מ"ל) של אוליאמין. ראשית בזהירות למדוד ויוצקים 4 מ"ל, ולאחר מכן 4.7 מ"ל, של אוליאמין מן הזכוכית הקטנה בוגר צילינדר לתוך כלי התגובה.
  2. בזהירות להוריד את צינור המרוכסן למטה לתוך כלי התגובה זכוכית שוב.
  3. ודא כי המים זורמים בעדינות דרך התא החיצוני של צינור המעבה כדי להתקרר, לדחוס ולאסוף את אדי טולואן ואולילאמין.
  4. מחממים ומערבבים את פתרון האולילאמין והטולואן בכלי התגובה ומאפשרים לפתרון להתקרב לרתיחה איטית/עדינה (באמצעות מעטפת הערבוב והחימום, כאשר מוט הערבוב המגנטי מסתובב כדי לערבב את הפתרון). ברגע שפתרון האולילאמין והטולואן מגיע לרתיחה עדינה, מנמיכים מעט את החום כך שהוא רותח לאט. אין להתקרב לנקודת ההבזק של טולואן או לחרוג ממנה.

7. חומצה טטרהכלורואורית, אוליאמין & הכנת פתרון הזרקת טולואן

  1. התחל להכין את פתרון ההזרקה (150 מ"ג חומצה tetrachloroauric, 3.6 מ"ל אוליאמין, 3.0 מ"ל טולואן).
  2. ודאו שהחומצה הטטרכלורואורית טרייה או שלא נחשפה לאוויר, מים, לחות או לחות. הסר את סרט המעבדה או את החותם המגן על החומצה הטטרכלורואורית מפני אוויר ולחות.
    הערה: החומצה הטטרכלורואורית רגישה מאוד למים/לחות/לחות. יש לעשות כל מאמץ כדי למנוע חשיפת אבקת החומצה הטטרכלורואורית לאוויר/מים. החומצה הטטרכלורואורית מגיעה בשקית אטומה וכלי מכולה חדשים אטומים בשעווה כדי למנוע מאדי מים להיכנס לכלי שיט חדשים. קבוצה חדשה של חומצה tetrachloroauric עולה ~ $ 100, אבל זה צריך להימשך שנה אם לא חשוף אדי מים. יש לאחסן במקרר אצוות חדשות שלא נפתחו של חומצה טטרכלורואורית. מעבירים אצווה חדשה שלא נפתחה של חומצה טטרכלורואורית לתיבת כפפות החנקן לפני פתיחתה. רק לפתוח מיכל חדש של חומצה tetrachloroauric בתיבת כפפות חנקן, כאשר הלחות הגיעה לרמה נמוכה ויציבה כראוי (פחות מ 0.8% לחות יחסית). אחסן את החומצה הטטרכלורואורית בתיבת כפפות החנקן לאחר פתיחתה. לאחר פתיחת החומצה הטטרכלורואורית, יש לעטוף את סרט המעבדה סביב מכסה המיכל כדי לסייע באיטום המיכל ולמנוע מאדי מים ומזהמים להיכנס למיכל.
  3. בתיבת כפפות החנקן, מניחים את אחד משני בקבוקוני זכוכית 20 מ"ל לא מימית עם כובעים מצופים PTFE על מיקרו איזון / סולם ולהסיר את הכובע מצופה PTFE.
  4. הקפד "מחדש לאפס" או "tare" את המיקרו איזון עם בקבוקון זכוכית 20 מ"ל על הסולם לפני שמתחילים לשקול את אבקת חומצה tetrachloroauric.
  5. בתיבת הכפפות חנקן, להשתמש מרית מתכת קטנה להפקיד אבקת חומצה tetrachloroauric מהמכל לתוך בקבוקון זכוכית 20 מ"ל על microbalance, למשקל נמדד של 150 מ"ג של אבקת חומצה tetrachloroauric.
  6. הסר את המכסה מצופה PTFE מבקבוקון זכוכית 20 mL אחרים שאינם מימית (אחד ריק כי הוא לא כרגע על מיקרו איזון).
    התראה: אוליאמין הוא רעיל וקורוזיבי, אז לטפל בו בזהירות.
  7. השתמש 5 מ"ל זכוכית קטנה בוגרת צילינדר למדוד 3.6 מ"ל של אוליאמין. יוצקים בזהירות את 3.6 מ"ל של אוליאמין מן 5 מ"ל זכוכית קטנה מדורגת צילינדר לתוך בקבוקון זכוכית 20 מ"ל ללא חומצה tetrachloroauric.
  8. בזהירות לשפוך ולמדוד 3.0 מ"ל של טולואן לתוך 5 מ"ל זכוכית קטנה בוגרת צילינדר. בזהירות לשפוך את 3.0 מ"ל של טולואן מן 5 מ"ל זכוכית קטנה מדורגת צילינדר לתוך בקבוקון זכוכית 20 מ"ל עם אוליאמין.
    הערה: אם יותר מדי טולואן נשפך לתוך גליל הזכוכית המדורג, ניתן לשפוך את הממס העודף לתוך בקבוק הפסולת הדליק. עדיף להשתמש קטן 5 מ"ל בוגר צילינדר זכוכית למדידת oleylamine ו טולואן. היזהר לא לשפוך את אוליאמין, כפי שהוא מאכל ורעיל.
  9. בורג כובע מצופה PTFE בחזרה על בקבוקון זכוכית 20 מ"ל עם אוליאמין טולואן בפנים. לנער מערבולת בקבוקון זכוכית סגורה לערבב את הפתרון oleylamine ו טולואן יחד.
  10. פתח את בקבוקון הזכוכית של פתרון 20 מ"ל. בזהירות לשפוך את ~ 150 מ"ג של אבקת חומצה tetrachloroauric לתוך בקבוקון הזכוכית עם תמיסת אוליאמין טולואן.
  11. בורג כובעים מצופים PTFE בחזרה על בקבוקוני זכוכית. לנער ולערבב את בקבוקון זכוכית סגורה עם חומצה tetrachloroauric, אוליאמין טולואן לערבב את הפתרון יחד. המשך לנער את הפתרון, וודא שהוא מעורבב ביסודיות.
    הערה: חומצה טטרהכלורואורית, אוליאמין ותמיסת הזרקת טולואן צריכים להפוך לאדום כהה או סגול לאחר טלטול וערבובו, כפי שמוצג באיור משלים 4.

8. הזרקת החומצה הטטרכלורואורית, אוליאמין ותמיסת טולואן לכלי השיט

  1. ודא כי המים זורמים לאט לתוך החלק התחתון של צינור המסוף, ומעלה את החלק העליון של צינור המסוף. להתאים את זרימת המים לפי הצורך על ידי פתיחה / סגירה קפדנית של שסתום המים.
  2. ודא כי פתרון אוליאמין טולואן בכלי התגובה זכוכית הוא ברתיחה עדינה, עם קצת טולואן ואולילאמין מתאדה לתוך הצינור מעבות. ודא שהאסטר המגנטי פועל.
  3. הרימו את צינור המרוכסן מעל כלי התגובה, תוך שימוש בדוכן עם מלחציים לתמיכה בכלי הזכוכית. ודא כי יש מספיק מקום וסיווג להזריק את חומצה tetrachloroauric, אוליאמין, פתרון טולואן לתוך כלי התגובה.
  4. הסר את פיפטה זכוכית מדורגת ארוכה מן רדיד אלומיניום (אשר היה להגן על פיפטה כדי לשמור על זה נקי) ולחבר את נורת הגומי עם שסתומים פיפטה. להבטיח היכרות עם הפעלת נורת הגומי עם שסתומים למצוץ ולהשפריץ פתרון עם פיפטה זכוכית מדורגת ארוכה לפני השימוש בו.
  5. לנער את בקבוקון זכוכית סגור 20 מ"ל לא מימית עם כובע מצופה PTFE עם חומצה tetrachloroauric, אוליאמין, פתרון הזרקת טולואן ולהבטיח שהוא מעורב היטב. פתח את בקבוקון זכוכית 20 מ"ל עם פתרון ההזרקה על ידי הסרת המכסה.
  6. לחץ על השסתום העליון תוך לחיצה על נורת הגומי כדי לנפח את נורת הגומי. בזהירות למקם את קצה פיפטה זכוכית מדורגת ארוך לתוך בקבוקון זכוכית 20 מ"ל עם חומצה tetrachloroauric, אוליאמין, פתרון הזרקת טולואן.
  7. בעדינות ללחוץ על השסתום התחתון על נורת הגומי מחובר פיפטה זכוכית מדורגת ארוכה לצייר לאט את כל החומצה tetrachloroauric, אוליאמין, פתרון הזרקת טולואן לתוך פיפטה זכוכית.
    הערה: איור משלים 5 מראה את פתרון ההזרקה נמשך לתוך פיפטה זכוכית מדורגת ארוכה עם נורת גומי עם שסתומים רק לפני הזרקת הפתרון לתוך כלי התגובה. זה עשוי להיות מועיל לתרגל הפעלת פיפטה זכוכית מדורגת ארוכה עם הנורה עם שסתומים (למשל, עם קצת טולואן) לפני למעשה ציור והזרקת חומצה tetrachloroauric, אוליאמין, פתרון טולואן.
  8. בזהירות למקם את קצה פיפטה זכוכית לתוך הפתיחה של כלי התגובה, במהירות להזריק את חומצה tetrachloroauric, אוליאמין, פתרון הזרקת טולואן לתוך הפתרון הרותח של אוליאמין טולואן בכלי התגובה.
    הערה: צבע הפתרון צריך בתחילה לשנות מאדום לצהוב ללבן בתוך כדקה, כמו חלקיקי זהב מתחילים לגרעין ולגדול.
  9. השתמש מהדק על הדוכן כדי להוריד את צינור המרוכס בחזרה לתוך כלי התגובה.
  10. מחממים את פתרון התגובה הכימית ננו חלקיקי זהב ברתיחה עדינה במשך 2 שעות.
    הערה: אדי טולואן מתמיסת הרתיחה צריכים להתעבות בצינור ולטפטף בחזרה לתוך כלי התגובה. במשך מספר דקות, צבע תערובת התגובה צריך להפוך מלבן לצהוב לוורוד בהיר ולאחר מכן לאדום ככל שננו-חלקיקי הזהב גדלים. במהלך 1-2 שעות, צבע תערובת התגובה צריך להשתנות בהדרגה מאדום בהיר לאדום עמוק / סגול.
  11. לאחר שעתיים של חימום פתרון התגובה, לכבות את התנור.
    הערה: בשלב זה, הפתרון יכול להיות מותר להתקרר באופן טבעי לטמפרטורת החדר, או הפתרון יכול להיות מרווה מיד על ידי הוספת ~ 100 מ"ל של מתנול לתוך הפתרון. הנוהג הידוע ביותר נכון לעכשיו הוא לאפשר לפתרון להתקרר באופן טבעי במקום להרוות את הפתרון מיד.
  12. אפשרו לפתרון להתקרר באופן טבעי לטמפרטורת החדר למשך שעה (מומלץ); או להרוות את פתרון חלקיקי זהב מיד עם 100 מ"ל של מתנול (לא מומלץ).

9. מרווה את התגובה עם מתנול לאחר קירור פתרון חלקיקי הזהב

  1. ודא כי התנור כבה, והפתרון התקרר.
  2. תפסיק לזרום מים דרך צינור המרוכז. הסר בזהירות את צינור ניקוז המים מהכיור / ניקוז במכסה המנוע האדים הסמוך וחבר אותו ליציאת הוואקום במכסה המנוע האדים.
  3. משוך ואקום על צינור הניקוז כדי למצוץ את המים בצינור המרוכז ובצינור הניקוז. הסר בזהירות את צינור המדבקה מהמעמד עם המהדק והנח אותו אופקית בתיבת הכפפות של החנקן.
    הערה: הוואקום שנמשך על צינור מרוכז הזכוכית צריך לאדות את המים בתוך צינור המרוכז.
  4. בתיבת כפפות החנקן, יוצקים ~ 35 מ"ל של מתנול לתוך כל אחד צינורות צנטריפוגה חרוט 50 מ"ל (כמות 12).
    הערה: מתנול ישמש להסרת ריאגנטים ותוצרי לוואי לא מעובדים מתהליך הסינתזה, על מנת לנקות ולשטוף את חלקיקי הזהב. צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל צריך להיות מוחזק זקוף במדפים מבחנה.
  5. יוצקים את פתרון חלקיקי הזהב בכמויות שוות (~ 12 מ"ל) לתוך כל אחד צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל (כמות 12) עם מתנול. היזהר לא בטעות לשפוך את מוט ערבוב מגנטי תוך שפיכת פתרון חלקיקי זהב לתוך כל צינור צנטריפוגה.
    הערה: איור משלים 6 מראה ~ 12 מ"ל של פתרון חלקיקי זהב נשפך לתוך כל אחד 50 צינורות צנטריפוגה חרוט 50 מ"ל עם מתנול. לאחר שפיכת ~ 12 מ"ל של פתרון חלקיקי זהב לתוך כל אחד צינורות צנטריפוגה חרוט 50 מ"ל עם ~ 35 מ"ל של מתנול, כל צינור צנטריפוגה צריך ~ 47 מ"ל של פתרון (מעט מתחת לסימן 50 מ"ל).
  6. להפיץ כל פתרון חלקיקי זהב שנותרו באופן שווה בין צינורות צנטריפוגה.
  7. בורג את הכובעים על צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל כדי לסגור אותם להדק את הכובעים.
  8. נתק את צינורות הכניסה והשקע מצינור מסוף הזכוכית, חבר את צינורות הכניסה והשקע יחד על ידי הזנת אחד לשני, ולאחר מכן לעטוף את החיבור של הצינורות עם סרט מעבדה כדי לאטום את החיבור. כבה את הוואקום שנמשך על הצינורות.
    הערה: הצינורות מחוברים ואטומים כדי למנוע ממים או אדי מים להיכנס בטעות לתיבת הכפפות של החנקן.
  9. הסר את צינורות צנטריפוגה חרוט 50 מ"ל עם פתרון חלקיקי זהב ומתנול מתיבת כפפת חנקן דרך מנעול העומס. כמו כן להסיר את בקבוק מתנול ובקבוק טולואן מתיבת כפפת חנקן. מניחים אותם במכסה המנוע הסמוך.
  10. כמו כן להסיר את כלי תגובת הזכוכית, בר הערבוב המגנטי, צינור מרבץ הזכוכית, פיפטה מדורגת זכוכית ארוכה, ואת נורת הגומי עם שסתומים מתיבת כפפת החנקן דרך מנעול העומס. מניחים אותם במכסה המנוע הסמוך.
  11. תווית החלק העליון של כל צינור צנטריפוגה 50 מ"ל על הכובעים עם מספר מדגם (למשל, 1, 2, 3, 4, ...) כדי לעקוב אחר הדגימות השונות.
    הערה: לאחר הסרת תמיסת ננו-חלקיקי הזהב וכלי זכוכית/אספקה, תיבת כפפות החנקן צריכה להמשיך להיות מאווררת במשך מספר שעות או לילה על ידי הזרמת חנקן טרי לתוך תא הכפפות תוך משיכת ואקום קל כדי לשטוף החוצה ולאוורר את אדי טולואן / אוליאמין. יש לארוז את קו פליטת הוואקום למכסה המנוע של אדים. כפפות חנקן צריך גם להיות מחדש עם גז התחדשות כדי להסיר לחות / ממיסים ממערכת הסינון. כמה כפפות חנקן עשוי גם לבוא עם מלכודת ממס, אשר מסייע בהסרת אדי ממס.

10. כביסה וטיהור חלקיקי הזהב עם טולואן ומתנול

הערה: כל צינור צנטריפוגה 50 מ"ל עם חלקיקי זהב יהיה שטף ומטוהר עם 10 מ"ל של טולואן ו 40 מ"ל של מתנול 3 פעמים, ניקוי חלקיקי זהב בקבוצות של 6 צינורות צנטריפוגה בכל פעם. צינורות צנטריפוגה צריך להיות כמות שווה של פתרון חלקיקי זהב צריך להיות משוקלל באותה מידה ומאוזן.

  1. מקום 6 של צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל עם פתרון חלקיקי זהב לתוך הצנטריפוגה.
  2. סגור את המכסה של הצנטריפוגה והזן את ההגדרות הבאות לסיבוב חלקיקי הזהב:
    סל"ד: 2328
    מספר RCF: 1000
    זמן: 5 דקות
  3. התחל לסובב 6 מתוך 12 צינורות צנטריפוגה חרוטים עם תמיסת חלקיקי הזהב ומתנול בצנטריפוגה.
  4. לאחר 6 צינורות צנטריפוגה הראשונים עם חלקיקי זהב נעשים מסתובבים, בעדינות להסיר את הצינורות מן הצנטריפוגה. היזהר לא להפריע כדורי חלקיקי זהב תוך הצבת צינורות צנטריפוגה במדפים צינור.
    הערה: איור משלים 7 מראה כיצד פתרון חלקיקי הזהב אמור להופיע בצינורות הצנטריפוגה החרוטים של 50 מ"ל לאחר צנטריפוגה. הכוח הצנטריפוגלי יוריד את חלקיקי הזהב בתמיסה ויפריד אותם מהמתנול והטולואן. חלקיקי הזהב יזרזו לכדורים בתחתית כל צינור צנטריפוגה. פתרון מתנול/טולואן סופרנט ייראה ברור/שקוף מעל כדורי הננו-חלקיקים מזהב כהה, מה שמצביע על כך שצנטריפוגה זירזה את חלקיקי הזהב מהפתרון.
  5. מניחים את 6 האחרונים של 12 צינורות צנטריפוגה חרוט עם פתרון חלקיקי זהב ומתנול לתוך הצנטריפוגה. סגור את המכסה של הצנטריפוגה והזן את אותן הגדרות צנטריפוגה כמו קודם. תתחיל לסובב את הצינורות בצנטריפוגה.
  6. לאחר 6 צינורות צנטריפוגה האחרונים נעשים מסתובבים, בעדינות להסיר את הצינורות מן הצנטריפוגה. היזהר לא להפריע כדורי חלקיקי זהב תוך הצבת צינורות צנטריפוגה במדפים צינור.
  7. בזהירות לשאת את כל צינורות צנטריפוגה עם חלקיקי זהב מעל למכסה המנוע אדים ולנסות לא להפריע או להתסיס אותם במהלך ההובלה.
  8. לאט ובעדינות לשפוך את מתנול הפסולת לתוך כלי פסולת דליק / הכוויה. היזהר לא להפריע ולא לשפוך החוצה או לאבד את כדורי חלקיקי זהב שחור בתחתית צינורות צנטריפוגה.
    הערה: מחזור השטיפה המתנול הראשון הושלם כעת.
  9. התחל את מחזור שטיפה מתנול השני על ידי שפיכת ~ 10 מ"ל של טולואן טרי לתוך כל אחד צינורות צנטריפוגה חרוט עם כדורי חלקיקים שחורים במכסה המנוע אדים. בורג את הכובעים בחזרה על מנת לסגור את צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל.
  10. וורטקס כל אחד 50 צינורות צנטריפוגה מ"ל עד הנוזל השחור / משקעים / חלקיקי זהב הם resuspended ומפוזרים בתמיסת טולואן 10 מ"ל, ואת הפתרון נראה מעונן / כהה. בדוק את החלק התחתון של כל צינור צנטריפוגה כדי להבטיח כי רוב השאריות השחורות (חלקיקי זהב) כבר resuspended לתוך הפתרון.
    הערה: איור משלים 8 מציג את צינורות הצנטריפוגה עם תמיסת חלקיקי זהב וטופלואן להיות מערבולת לשימוש חוזר. וורטקסינג הוא הרבה יותר טוב ועדין על חלקיקי זהב מאשר sonicating חלקיקי זהב. אין sonicate חלקיקי זהב כמו sonication יכול להתפשט רצועות אוליאמין מן חלקיקי הזהב ולגרום צבירה ומשקעים של חלקיקי זהב.
    הערה: איור משלים 9 מראה כיצד פתרון חלקיקי הזהב צריך להופיע כאשר חלקיקי הזהב מנוצלים מחדש לפתרון על ידי מערבולת כל גלולה חלקיקי זהב עם ~ 10 מ"ל של טולואן.
  11. יוצקים ~ 40 מ"ל של מתנול טרי לתוך כל אחד צינורות צנטריפוגה חרוט עם טולואן וננו חלקיקים, כך עם 10 מ"ל של טולואן כי הוא כבר בכל צינור צנטריפוגה, יש סך של ~ 50 מ"ל של פתרון בכל צינור צנטריפוגה 50 מ"ל. בורג את הכובעים בחזרה על צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל כדי לסגור את הצינורות, ולהבטיח כי הכובעים הם על הדוק.
  12. מניחים את צינורות הצנטריפוגה בצנטריפוגה. סובב את צינורות הצנטריפוגה בצנטריפוגה כדי לאסוף את חלקיקי הזהב לכדור בתחתית כל צינור, 6 צינורות צנטריפוגה בכל פעם. השתמש באותן הגדרות צנטריפוגה כמו קודם (RCF 1000, 5 דקות).
  13. לאחר צנטריפוגה מפסיק, בעדינות להוציא את הצינורות עם חלקיקים, ולאחר מכן בזהירות לקחת אותם למכסה המנוע אדים (לנסות לא להפריע או להתסיס אותם במהלך ההובלה). בזהירות לשפוך את הפסולת טולואן ומתנול לתוך כלי פסולת דליק / כיף.
    הערה: מחזור השטיפה השני של מתנול הושלם כעת.
  14. עבור מחזור השטיפה השלישי והאחרון, בצע את אותו תהליך כמו קודם עבור מערבולת ב 10 מ"ל של טולואן, ניקוי ב 40 מ"ל של מתנול, צנטריפוגה, בזהירות לשפוך את ממס טולואן / מתנול. ודא כי חלקיקי הזהב בכל אחד צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל לקבל respended עם טולואן ושטף עם מתנול 3 פעמים.

11. ייבוש חלקיקי הזהב

הערה: לאחר חלקיקי הזהב בצינורות צנטריפוגה 50 מ"ל נשטפו 3 פעמים נפרדות, ואת טולואן ומתנול נשפך החוצה בפעם האחרונה, חלקיקי זהב צריך להיות מיובש כדי לאדות את הממס הנותר. ישנן שתי דרכים לייבש את חלקיקי הזהב ולאדות את הממס:

  1. אפשרות 1 - אקדח חנקן (לא מומלץ):
    1. השתמש אקדח חנקן או שסתום מכסה המנוע אדים בעדינות לפוצץ לייבש את צינורות צנטריפוגה המכילים את כדורי שחור של חלקיקי זהב בתחתית הצינורות.
    2. יש להקפיד לא להשתמש ביותר מדי לחץ חנקן, או שכדורי הננו-חלקיקים הזהובים השבירים עלולים להתנתק.
      הערה: ייבוש חלקיקי הזהב עם אקדח החנקן אינו אידיאלי מכיוון שהוא עלול לגרום לכדורי הננו-חלקיקים המוזהביים להיפגע/ללכת לאיבוד.
  2. אפשרות 2 - ייבוש ואקום (מומלץ):
    1. לשחרר את הכובעים על צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל עם כדורי חלקיקי זהב, כך הצינורות עדיין מכוסים, אבל ממס יכול להתאדות ולברוח מתוך הצינורות.
    2. מניחים את מתלה הצינורות עם חלקיקי זהב בתוך מנעול עומס הוואקום של תיבת כפפות החנקן. סגור ולאטום את דלת נעילת העומס החיצוני ולפתוח את השסתום למשאבת ואקום כדי להתחיל למשוך ואקום על מנעול העומס.
    3. לשאוב עד כמחצית הלחץ מד (~ -15 inHg) כדי לאדות את הממס ולייבש את חלקיקים.
    4. השאירו את חלקיקי הזהב במנעול העומס בלחץ ואקום מתון (חצי מד, ~ -15 inHg) במשך ~ 5 דקות. אין לשאוב ללחץ נמוך יותר ולא להשאיר בוואקום במשך זמן רב מדי, או ליגנדים אולילאמין עלול לקבל מנותק.
    5. לאחר חלקיקי הזהב היו תחת ואקום במשך כמה דקות כדי לייבש את חלקיקי הזהב ולאדות את הממס הנותר, לטהר את מנעול העומס עם חנקן עד מנעול העומס מגיע ללחץ אטמוספרי.
    6. הסר את צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל עם חלקיקי זהב ממנעול העומס ולבדוק את היובש של כדורי חלקיקי זהב במכסה המנוע אדים.
      הערה: איור משלים 10 מראה כיצד גלולת ננו-חלקיקים מזהב מיובש בתחתית צינור צנטריפוגה חרוט 50 מ"ל צריכה לדאוג לייבוש ואקום. אם יש עדיין כמה ממס בתוך צינור צנטריפוגה חרוט 50 מ"ל, חלקיקי זהב צריך להיות מיובש עוד יותר כדי לאדות את הממס הנותר. ייבוש ואקום היא השיטה המועדפת לייבוש כי זה פחות סביר לפגוע או לאבד את גלולת חלקיקי זהב, לעומת שיטות אגרסיביות יותר כגון ייבוש אקדח חנקן. אם מנעול עומס ואקום אינו זמין, או אם עדיף, חלקיקי הזהב עשויים גם להיות מיובשים ביבוש ואקום.
  3. לאחר כדורי חלקיקי זהב יבשים, לדפוק את הכובעים בחוזקה בחזרה על צינורות צנטריפוגה.
  4. לעטוף סרט מעבדה סביב כובעים סגורים היטב כדי לאטום את צינורות צנטריפוגה עם כדורי חלקיקי זהב בפנים.
  5. תווית צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל עם כדורי משקע חלקיקי זהב עם תווית תיאורית כראוי, כגון "מיובש Au NP" ואת התאריך (למשל, 9-28-2020).
  6. מניחים את צינורות הצנטריפוגה האטומים עם כדורי חלקיקי זהב מיובשים בתוך מקרר 2 מעלות צלזיוס - 8 מעלות צלזיוס. השתמש במגש או 50 מ"ל מתלי צינור צנטריפוגה חרוט להחזיק את הצינורות זקוף.
    הערה: איור 11 משלים מציג את צינורות הצנטריפוגה מכוסים, עטופים בסרט מעבדה, מסומנים ומאוחסנים במקרר של 2 מעלות צלזיוס עד 8 מעלות צלזיוס. כל צינור צנטריפוגה יכול להיות מאוחסן במקרר עד שהוא משמש כדי להפוך את הפתרון של חלקיקי זהב לשימוש חוזר.

12. לנקות את כלי זכוכית תגובה כימית (לאחר סינתזת חלקיקי זהב)

התראה: זהב תחריט TFA ו regia אקווה הם קורוזיביים. ללבוש את ציוד מגן אישי הדרוש (PPE) כגון כפפות כימיות, שמלה כימית, משקפי מגן, מגן פנים. יש לטפל רק בתמיסה הקורוזיבית בספסל רטוב בחומצה בעודכם לובשים את ה-PPE הדרוש.

  1. במכסה המנוע אדים, לנקות את כלי התגובה זכוכית עם אצטון מערבולת אצטון סביב כלי התגובה זכוכית לשטוף את פתרון חלקיקי זהב שיורית, ואז לזרוק את האצטון המלוכלך לתוך אוסף ממס מלוכלך להשליך את הממס המלוכלך לתוך בקבוק פסולת דליק.
  2. בספסל הרטוב של החומצה, מניחים את כלי תגובת הזכוכית עם צינור המרוכסן המחובר אליו לתוך 600 מל לתמיכה, ומניחים את הצד של צינור המרוכסן כנגד הקיר הצדדי של הספסל הרטוב של החומצה לתמיכה נוספת.
  3. נקה את כלי הזכוכית של התגובה הכימית (צינור קונדנסר, כלי תגובה, פיפט זכוכית) ואת מוט הערבוב המגנטי על ידי שפיכת תמיסת TFA תחריט זהב 300 מ"ל משומשת (שנשמרה קודם לכן והוגדרה לשימוש חוזר) שהייתה מעורבת 1:1 עם מי DI לתוך צינור הקונדנסר וכלי זכוכית של כלי תגובה. מניחים את בר הערבוב המגנטי ואת הזכוכית הארוכה סיים פיפטה לתוך צינור המרוכסן. למלא את הצינור מסוף עם מים DI לפי הצורך כדי למלא אותו ולאפשר את האמבטיה TFA תחריט זהב לשבת ולנקות את כלי הזכוכית במשך 30 דקות.
  4. לאחר 30 דקות, לפצח את החותם בין צינור המסוף ואת כלי התגובה כדי לאסוף את כל הפתרון תחריט זהב לתוך כלי התגובה, ויוצקים את הפתרון תחריט זהב משומש לתוך הכף 400 מ"ל. יוצקים את התמיסה תחריט זהב לתוך בקבוק פסולת כימית עבור פתרון תחריט זהב משומש.
  5. עדיין בספסל רטוב חומצה, לשטוף את כלי זכוכית התגובה הכימית ואת בר ערבוב מגנטי 3-4 פעמים עם מים DI לשטוף את הפתרון הנותר תחריט זהב, ולאחר מכן לאפשר את התגובה הכימית כלי זכוכית בר ערבוב מגנטי לשבת באמבט מים DI במשך 30 דקות נוספות.
  6. לאחר 30 דקות של ישיבה באמבט מים DI, לרוקן את המים ולהשתמש באקדח מים DI לשטוף את המים במורד ניקוז הספסל רטוב חומצה. לשטוף עם אצטון ולאחר מכן לפוצץ את כלי הזכוכית יבש עם אקדח חנקן.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 1 מראה כיצד פתרון תערובת התגובה הכימית של סינתזת ננו-חלקיקים מזהב (חומצה טטרהכלורואורית, אוליאמין וטולואן) צריך לשנות בהדרגה את הצבע במהלך מספר דקות מכיוון שהוא רותח בתחילה בכלי התגובה; מבהיר, לצהוב בהיר (תמונה שמאלית), לוורוד בהיר (תמונת מרכז), לאדום בהיר (תמונה ימנית). הצבע המשתנה של הפתרון הוא אינדיקציה לגודל המשתנה של חלקיקי הזהב כשהם מתחילים לגרעין ולצמוח עם הזמן. באופן כללי, פתרון חלקיקי זהב צריך להיות כהה יותר אדום / סגול יותר לאורך זמן כמו חלקיקי זהב גרעין לגדול. איור 2 מציג את הצבע האדום/סגול הכהה הסופי של פתרון תערובת התגובה הכימית של סינתזת חלקיקי הזהב לאחר שעתיים של רתיחה. הצבע האדום/סגול הכהה של תמיסת ננו-חלקיקי הזהב אופייני לתמיסה מרוכזת של חלקיקי זהב בקוטר של כ-12 ננומטר. איור 3 מציג תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) סורקת של מונולאייר חלקיקי זהב (לאחר הפקדה על מצע סיליקון) המשמשת לאפיון הגודל והמונו-דיספרסיות של חלקיקי הזהב. חלקיקי זהב צריך כל נראה בערך באותו גודל / קוטר אם הם מונודיספרסיס מאוד. אם חלקיקי הזהב הם polydisperse, יהיו להם וריאציות גדולות בגודל / קוטר שלהם. עבור רוב היישומים, חד-אופן הוא בדרך כלל מועדף ולא polydispersity. איור 4 מציג תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורקת (SEM) של חלקיקי זהב ומדידות הקוטר שלהם, המצביעה על קוטר של ~ 12 ננומטר ± 2 ננומטר עבור חלקיקי הזהב. חלקיקי זהב אלה נראים מונודיספרז למדי.

סוג פתרון מספר פריט כמות וסוג של כימיקלים הערות/תיאור
זריקה 1 150 מ"ג חומצה טטרהכלורואורית (HAuCl4) (0.15 ממול) להזרקה לכלי תגובה
2 3.0 גרם (3.7 ממול, 3.6 מ"ל) של אוליאמין
3 3.0 מ"ל של טולואן
רותח 1 5.1 גרם (6.4 ממול, 8.7 מ"ל) של אוליאמין לרתיחה בכלי תגובה
2 147 מ"ל של טולואן
כביסה/טיהור 1 10 מ"ל של טולואן (x3 שוטף) (x12 צינורות) = 360 מ"ל של טולואן לשטיפה/טיהור חלקיקי זהב
2 40 מ"ל של מתנול (x3 שוטף) (x12 צינורות) = 1.44 L של מתנול
תחריט זהב 1 150 מ"ל של זהב תחריט TFA [או אקווה רג'יה] לניקוי כלי זכוכית/אספקה של תגובה כימית
2 150 מ"ל של מים שעברו דה-יון (DI)

טבלה 1: כמויות כימיות טבלה זו מציגה את כמות וסוג הכימיקלים הדרושים להכנת פתרון ההזרקה, פתרון רותח, פתרון כביסה/טיהור ותמיסת תחריט זהב.

איור משלים 1: ניקוי כלי זכוכית תגובה כימית עם פתרון TFA תחריט זהב. נתון זה מראה את כלי הזכוכית של התגובה הכימית (צינור קונדנסר, כלי תגובה, פיפטה זכוכית) ואת מוט ערבוב מגנטי מנקה עם ~ 300 מ"ל תערובת של ~ 150 מ"ל של פתרון TFA תחריט זהב ~ 150 מ"ל של מים DI (1:1 תערובת) בצינור מלבן וכלי זכוכית כלי תגובה. בר המהומה המגנטית ופיפט בוגר הזכוכית הארוכה ממוקמים בצינור הקונדנסר, ואמבט TFA התחריט המוזהב נותר לשבת ולנקות את כלי הזכוכית במשך 30 דקות בספסל הרטוב של החומצה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 2: כלי זכוכית נקיים ואספקה לפני העברתם לתיבת כפפות חנקן. נתון זה מציג את כלי הזכוכית והאספקה לאחר ניקוי ויבוש. כלי הזכוכית והאספקה עטופים / מכוסים בנייר אלומיניום כדי להגן עליהם מפני לכלוך / פסולת לפני שהם מועברים לתיבת כפפות החנקן. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 3: סינתזת חלקיקי זהב התקנה ניסיונית בתיבת כפפת חנקן. נתון זה מראה את ההתקנה הניסיונית סינתזת חלקיקי זהב בתיבת כפפת חנקן. כלי תגובת הזכוכית מונח על גבי כלי הקיבול רשת פיברגלס על גבי התנור / stirrer, ואת צינור המרוכז מחובר על גבי כלי התגובה זכוכית. צינור המוליך נתמך מכנית על ידי המעמד עם המהדק. ישנם שני צינורות המחוברים ליציאות כניסת המים והשקע של צינור הקונדנסר (עם יציאת הכניסה בתחתית הצינור, ויציאת היציאה בחלק העליון של הצינור) כך שהמים זורמים מתחתית צינור המרוכז לחלק העליון של צינור המרוכז, מקררים את הצינור ומרכזים את האדים בפנים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 4: ערבוב חומצה טטרכלורואורית, אוליאמין ותמיסת טולואן לפני ההזרקה. נתון זה מראה את חומצה tetrachloroauric, אוליאמין, פתרון הזרקת טולואן לאחר מעורבב בתמיסה לא מימית 20 בקבוקון זכוכית מ"ל עם כובע מצופה PTFE. פתרון ההזרקה צריך להיראות אדום כהה או סגול לאחר רועד ומערבבים אותו. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 5: הכנה להזרקת פתרון לכלי תגובה באמצעות פיפטה מזכוכית. נתון זה מראה את חומצה tetrachloroauric, אוליאמין, פתרון הזרקת טולואן נמשך לתוך פיפטה זכוכית מדורגת ארוכה עם נורת גומי עם שסתומים, רק לפני במהירות להזריק את הפתרון עם התזת אחד מהיר לתוך הפתרון הרותח של oleylamine ו טולואן בכלי תגובת זכוכית. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 6: שפיכת ~ 12 מ"ל של פתרון חלקיקי זהב לתוך כל צינור צנטריפוגה חרוט 50 מ"ל. נתון זה מראה ~ 12 מ"ל של פתרון חלקיקי זהב נשפך באופן שווה לתוך כל אחד צינורות צנטריפוגה חרוט 50 מ"ל עם ~ 35 מ"ל של מתנול בכל צינור. מתנול משמש להסרת חומרים התחלתיים לא מעובדים ותוצרי לוואי, על מנת לנקות ולשטוף את חלקיקי הזהב. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 7: 50 צינורות צנטריפוגה מ"ל לאחר צנטריפוגה, עם כדורי חלקיקי זהב בתחתית. נתון זה מראה כיצד פתרון חלקיקי זהב צריך להופיע בצינורות צנטריפוגה חרוט 50 מ"ל לאחר צנטריפוגה, עם חלקיקי זהב שנאספו כדורי חלקיקים זהב כהה בתחתית כל צינור צנטריפוגה. מעל כדורי חלקיקי זהב כהה, פתרון מתנול / טולואן טבעי נראה ברור / שקוף, המציין כי צנטריפוגה יש זירז את חלקיקי הזהב מתמיסה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 8: מערבולת 50 מ"ל צנטריפוגות צינורות עם Au NPs לאחר מילוי עם ~ 10 מ"ל של טולואן. נתון זה מראה את צינורות צנטריפוגה עם פתרון חלקיקי זהב טולואן להיות מערבולת resuspended. וורטקסינג הוא הרבה יותר טוב ועדין על חלקיקי זהב מאשר sonicating חלקיקי זהב. חלקיקי זהב לא צריך להיות sonicated, כמו sonication יכול להתפשט רצועות אוליאמין מן חלקיקי זהב ולגרום צבירה ומשקעים של חלקיקי זהב. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 9: וורטקס עד גלולה ננו חלקיקי זהב / שאריות הוא בשימוש חוזר כמעט לחלוטין. נתון זה מראה כיצד פתרון חלקיקי הזהב צריך להופיע כאשר חלקיקי הזהב הם resuspended לתוך פתרון על ידי מערבולת כל גלולה חלקיקי זהב עם ~ 10 מ"ל של טולואן. צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל צריך להיות מערבולת עד הנוזל השחור / משקעים / חלקיקי זהב הם resuspended ומפוזרים טולואן, ואת הפתרון נראה מעונן / כהה. החלק התחתון של צינור הצנטריפוגה צריך להיבדק כדי להבטיח כי כמעט כל או רוב שאריות ננו-חלקיקים שחורים כבר resuspended לתוך הפתרון. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 10: גלולת חלקיקי זהב מיובש בצינור צנטריפוגה חרוט 50 מ"ל. נתון זה מראה כיצד גלולת חלקיקי זהב מיובש בתחתית צינור צנטריפוגה חרוט 50 מ"ל צריך להיראות, לאחר ואקום ייבוש זה. לאחר חלקיקי זהב בצינור צנטריפוגה 50 מ"ל נשטפו 3 פעמים נפרדות, ואת טולואן ומתנול נשפך החוצה בפעם האחרונה, חלקיקי זהב צריך להיות מיובש כדי לאדות את הממס הנותר. ייבוש ואקום היא השיטה המועדפת לייבוש כי זה פחות סביר לפגוע או לאבד את גלולת חלקיקי זהב, לעומת שיטות אגרסיביות יותר כגון ייבוש אקדח חנקן. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 11: צינורות כובע, לעטוף עם סרט מעבדה, צינורות תווית, ולאחסן במקרר 2 °C -8 מעלות צלזיוס. נתון זה מציג את צינורות הצנטריפוגה מכוסים, עטופים בסרט מעבדה, מסומנים ומאוחסנים במקרר של 2 מעלות צלזיוס - 8 מעלות צלזיוס. צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל עם כדורי משקע חלקיקי זהב צריך להיות מסומן עם תווית תיאורית כראוי, כגון שם, מספר מדגם ותאריך. מגש או 50 מ"ל מתלי צינור צנטריפוגה חרוט יכול לשמש להחזיק את הצינורות זקוף במקרר. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Figure 1
איור 1: פתרון חלקיקי זהב שינוי צבעים על פני מספר דקות לאחר ההזרקה. נתון זה מראה כיצד פתרון תערובת התגובה הכימית סינתזת חלקיקי זהב (חומצה tetrachloroauric, אוליאמין, טולואן) צריך לשנות בהדרגה את הצבע במהלך מספר דקות כפי שהוא רותח בתחילה בכלי התגובה; מבהיר, לצהוב בהיר (תמונה שמאלית), לוורוד בהיר (תמונת מרכז), לאדום בהיר (תמונה ימנית). הצבע המשתנה של הפתרון הוא אינדיקציה לגודל המשתנה של חלקיקי הזהב כשהם מתחילים לגרעין ולצמוח עם הזמן. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: פתרון חלקיקי זהב הוא אדום כהה / סגול לאחר 2 שעות של רותחים. נתון זה מראה את הצבע האדום/סגול הכהה הסופי של פתרון תערובת התגובה הכימית של סינתזת ננו-חלקיקים מזהב לאחר שעתיים של רתיחה בכלי התגובה. הצבע האדום/סגול הכהה של תמיסת ננו-חלקיקי הזהב אופייני לתמיסה מרוכזת של חלקיקי זהב בקוטר של כ-12 ננומטר. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) תמונה של מונולאייר חלקיקי זהב. איור זה מציג תמונה סורקת של מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) של מונולאייר חלקיקי זהב (לאחר שהופקדה על מצע סיליקון) המשמשת לאפיון הגודל והמונודיספרטיות של חלקיקי הזהב. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) תמונה עם מדידות קוטר חלקיקי זהב. איור זה מציג תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סריקה (SEM) של חלקיקי זהב ומדידות הקוטר שלהם, אשר מציין קוטר של ~ 12 ננומטר +/- 2 ננומטר עבור חלקיקי זהב. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ביצוע פרוטוקול סינתזת חלקיקי זהב כפי שהוצג לעיל צריך לייצר חלקיקי זהב בקוטר ~ 12 ננומטר ו monodispersity גבוה למדי (± 2 ננומטר). עם זאת, ישנם כמה צעדים קריטיים ופרמטרים תהליך שניתן להתאים כדי לשנות את גודל / קוטר monodispersity / polydispersity של חלקיקי זהב. לדוגמה, לאחר הזרקת הפתרון הקדמה לתוך כלי התגובה ומאפשר את חומצה tetrachloroauric, אוליאמין, פתרון טולואן לרתיחה במשך שעתיים, יש אפשרות גם לעשות מרווה מיידית של פתרון התגובה או לעשות מרווה מעוכבת וקירור טבעי. אם תרצה מרווה מיידית, מיד לאחר השלמת שלב התגובה המחוממת של שעתיים, יתווסף 100 מ"ל של מתנול לכלי התגובה כדי לזרז את מוצר חלקיקי הזהב. מרווה מיידית עשויה לספק יחסי פיזור טובים יותר מכיוון שהגרעין מתרחש בערך באותו זמן עבור כל הננו-חלקיקים בתמיסה הרוויה; בעוד שהפתרון נשאר ללא שינוי, כך גודל הננו-חלקיקים גדול יותר אך אקראי יותר. אם עיכוב מרווה וקירור טבעי רצוי במקום זאת, ולאחר שלב התגובה המחוממת של שעתיים הושלם, הפתרון מותר להתקרר באופן טבעי לטמפרטורת החדר במשך שעה. לחלופין, הפתרון יכול להישאר להתקרר עוד יותר, עד למחרת (למשל, לחכות לילה) לפני 100 מ"ל של מתנול מתווסף כדי לזרז את המוצר חלקיקי זהב. החוקרים עשויים לרצות להתנסות עם מרווה מיידית ומרווה מעוכב, ו 1 שעה מתעכב מרווה לעומת לילה מתעכב מרווה כדי לקבוע איזו שיטה מייצרת את התוצאות הטובות ביותר להכנת חלקיקי זהב גדולים מאוד מונודיספרזה. שעה אחת עיכוב מרווה הוא ההליך המומלץ כיום לייצר חלקיקי זהב כי הם מונודיספרסריים מאוד, אבל זה עדיין לא נקבע איזה הליך מניב תוצאות מעולות, ולכן כמה חקירות ניסיוניות נוספות עשוי להיות מועיל.

צעד קריטי נוסף בפרוטוקול המשפיע על המונודיספרסיות של חלקיקי הזהב הוא הזרקה מהירה של המבשר, כדי לאפשר לפתרון הרווי ליצור גרעינים רבים ככל האפשר על פני מרווח זמן קצר מאוד. זמן קצר לאחר הזרקת קודמן, מעט גרעינים חדשים טופס, אטומי זהב צריך רק להצטרף גרעינים קיימים. מה שנחוץ למונודיספריזציה גבוהה הוא תקופת צמיחה ארוכה ועקבית יחסית לתקופת הגרעין. צמיחה גבוהה:יחס זמן התגרענות צריך להועיל monodispersity. על חשבון זה, הזרקת פתרון קודמן מהר מאוד חשוב עבור monodispersity גבוהה, ומחכה להרוות את התגובה (עיכוב מרווה) עשוי גם להיות מועיל להגברת monodispersity. עם זאת, המנגנון המתחרה של הבשלת אוסטוולד13 הוא גורם מניע עבור polydispersity. אנרגיית פני השטח של אטומי זהב על פני השטח של חלקיקים קטנים גבוהה יותר מאנרגיית פני השטח של אטומי זהב על פני השטח של חלקיקים גדולים. הבשלת אוסטוולד היא כוח מניע תרמודינמי להתכווצות חלקיקים קטנים וגידול של חלקיקים גדולים14. זוהי תופעה שיכולה לקרות לאורך זמן בפתרון.

משתנה נוסף שיש לקחת בחשבון הוא היציבות של שכבת הליגנד אוליאמין על חלקיקי הזהב, וכמה טוב פסיבי משטחי חלקיקי הזהב הם על ידי ליגנדים אוליאמין. אמנם אין אינדיקטור להתקדמות של פסיבציה פני השטח בנקודות שונות בתגובת סינתזת חלקיקי זהב, אפשר לדמיין איך פסיבציה פני השטח חייב להתפתח לאורך זמן. בתחילת התגובה, אין חלקיקי זהב, ואולילאמין למעשה פועל כסוכן צמצום, כדי לשחרר את הזהב מכבלי הכלור שלו. בסוף התגובה, משטחי חלקיקי הזהב צריכים להיות פסיביים לחלוטין. באופן אידיאלי, התגובה צריכה להיות מותרת להמשיך מספיק זמן כדי לאפשר את המשטחים של חלקיקי זהב להיות פסיבי לחלוטין, אבל לא כל כך הרבה זמן כי הבשלת אוסטוולד מתחיל להפוך את חלקיקי זהב polydisperse ולא monodisperse.

בסך הכל, הדברים שיש לקחת בחשבון בעת ביצוע המרווה של התגובה הם הצמיחה: יחס זמן התגרענות, מזעור זמן הבשלת אוסטוולד, ומאפשר מספיק זמן עבור פסיבציה פני השטח. עדיין לא הוכח אם מרווה מאוחרת או מרווה מיידית מייצרת תוצאות מעולות (כלומר, חלקיקי זהב גדולים, פסיביים מאוד ומונודיספרים מאוד). עם זאת, הרוויה מעט מאוחרת (למשל, מתן אפשרות לפתרון להתקרר לטמפרטורת החדר למשך שעה לאחר הרתיחה) יכולה לייצר חלקיקי זהב מונודיספרסיים מאוד, כך שעיכוב סופי לפני הרווית התגובה מקובל. כדי לספק בהירות רבה יותר לגבי האם מרווה מיידית או הרווה מעוכבת טובה יותר לייצור חלקיקי זהב גדולים ומונודיספרים מאוד, ניסוי שימושי או שינוי לפתרון הבעיה של הטכניקה יהיה להפריד את פתרון סינתזת ננו-חלקיקים זהב לשתי קבוצות שונות לאחר רותחים ולבצע את הרווה שלאחר התגובה המיידית במקביל להרוות מושהה. התוצאה של ניסוי/שינוי זה עשויה לקבוע אם חלון זמן הגרעין הוא כל כך קצר כי הזמן הנוסף (או שעה אחת או לילה אחד / יום מאוחר יותר) עבור קירור אינו נחוץ לצמיחה, ושילוב כלשהו של הבשלת אוסטוולד ופסיבציה פני השטח הוא למעשה להקטין את monodispersity (או להגדיל את polydispersity) של חלקיקי זהב במהלך cooldown / עיכוב לפני הרווה.

השיקול הסופי עבור שיטת סינתזת חלקיקי זהב זו היא כיצד חלקיקי הזהב מאוחסנים ומשמשים. לאחר תהליך הסינתזה ותהליך הניקוי, חלקיקי הזהב מיובשים בעדינות, או באמצעות אקדח חנקן או תחת ואקום. מומלץ מאוד כי חלקיקי הזהב מיובשים בסביבת ואקום ולא באמצעות אקדח חנקן, כמו אקדח חנקן יכול לעקור את גלולה שחורה של חלקיקי זהב ולגרום לו ללכת לאיבוד / מזוהם / פגום. ייבוש חלקיקי הזהב בסביבת ואקום הוא הרבה יותר עדין ומונע את גלולת חלקיקי הזהב מלהיות מנותק או אבוד. לאחר הייבוש, חלקיקי הזהב מאוחסנים לאחר מכן בסביבה נקייה ויבשה (למשל, בצינורות צנטריפוגה חרוטים אטומים במעבדה) במקרר 2 °C (70 °F ) עד שהם מוכנים לשימוש. סביבה נקייה, יבשה וקרירה זו אמורה להעניק לננו-חלקיקי הזהב חיי מדף ארוכים יותר של כשנה עם השפלה מינימלית. על מנת להשתמש חלקיקי זהב, הם עשויים להיות בשימוש חוזר לתוך פתרונות של ממיסים אורגניים כגון טולואן על ידי מערבולת חלקיקי זהב בנוכחות הממס האורגני. הגודל והריכוז של חלקיקי הזהב בתמיסת טולואן לאחר מכן ניתן לאמת באמצעות אפיון ספקטרום UV-vis15 ומדולל עוד יותר עם טולואן במידת הצורך עד הריכוז הרצוי של חלקיקי זהב מושגת. מגבלה אחת היא כי הריכוז יהיה צורך לנתח עבור כל פתרון.

פרוטוקול סינתזת חלקיקי הזהב המוצג כאן נועד לאפשר סינתזה של חלקיקי זהב על ידי מומחים שאינם כימיה. המשמעות של פרוטוקול זה ביחס לשיטות קיימות היא שהוא מספק את ההזדמנות לשלוט בכמות הננו-חלקיקים המיוצרים, בגודל הננו-חלקיקים, במונו-דיספרזיות של הננו-חלקיקים, ובליגנדים העוטפים את חלקיקי הזהב. חלקיקי הזהב המסונתזים באמצעות תהליך זה שימשו ליצירת התקנים ננו-חשמליים לניסויים באלקטרוניקה מולקולרית, כגון מערכי מולקולה-חלקיקים דו-ממדיים16. בדוגמה זו, מערכי מולקולה-חלקיקים דו-ממדיים נוצרים על ידי הפקדת 200 μL של חלקיקי הזהב המדוללים בתמיסת טולואן לצינורות צנטריפוגה חרוטים של 15 מ"ל שהיו מלאים חלקית במים שעברו דה-יון. הצינורות הושארו ללא הפרעה במשך 1 - 3 שעות כדי לאפשר את טולואן להתאדות ואת חלקיקי הזהב כדי ליצור monolayers על פני השטח של המים. מונוליירים חלקיקי זהב אלה הועברו לאחר מכן למצעים כגון שבבי סיליקון באמצעות חותמות PDMS, על מנת ליצור התקנים ננו-אלקטרוניקה. ליגנדים אוליאמין על חלקיקי זהב הוחלפו אז עם מולקולות אחרות על מנת לשנות את המאפיינים האלקטרוניים התרמואלקטריים של המונוליירים המונו-חלקיקים-מולקולה הזהב17,18. פרוטוקול סינתזת חלקיקי זהב המוצג כאן מייצר חלקיקי זהב באיכות גבוהה שעשויים להיות שימושיים עבור יישומים רבים אחרים חלקיקי זהב בתוך המדע, התעשייה, ורפואה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgments

המחברים רוצים להודות לפרנק אוסטרלו על הסיוע בשיטות סינתזת חלקיקים. המחברים רוצים להכיר בתמיכה כספית של הקרן הלאומית למדע (1807555 &203665) ותאגיד המחקר המוליכים למחצה (2836).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
50 mL Conical Centrifuge Tubes with Plastic Caps (Quantity: 12) Ted Pella, Inc. 12942 used for cleaning/storing gold nanoparticle solution/precipitate (it's best to use 12 tubes, to allow the gold nanoparticles from the synthesis process to last up to one year (e.g., 1 tube per month))
Acetone Sigma-Aldrich 270725-2L solvent for cleaning glassware/tubes
Acid Wet Bench N/A N/A for cleaning chemical reaction glassware/supplies with gold etchant solution (part of wet chemical lab facilities)
Aluminum Foil Reynolds B08K3S7NG1 for covering glassware after cleaning it to keep it clean
Burette Clamps Fisher Scientific 05-769-20 for holding the condenser tube and reaction vessel during the synthesis process (located in the nitrogen glove box)
Centrifuge (with 50 mL Conical Centrifuge Tube Rotor/Adapter) ELMI CM-7S for spinning the gold nanoparticles in solution and precipitating/collecting them at the bottom of the 50 mL conical centrifuge tubes
DI Water Millipore Milli-Q Direct deionized water
Fume Hood N/A N/A for cleaning laboratory glassware and supplies with solvents (part of wet chemical lab facilities)
Glass Beaker (600 mL) Ted Pella, Inc. 17327 for holding reaction vessel, condenser tube, glass pipette, and magnetic stir bar during cleaning with gold etchant and then with water
Glass Beakers (400 mL) (Quantity: 2) Ted Pella, Inc. 17309 for measuring toluene and gold etchant
Glass Graduated Cylinder (5 mL) Fisher Scientific 08-550A for measuring toluene and oleylamine for injection
Glass Graduated Pipette (10 mL) Fisher Scientific 13-690-126 used with the rubber bulb with valves to inject the gold nanoparticle precursor solution into the reaction vessel
Gold Etchant TFA Sigma-Aldrich 651818-500ML (with potassium iodide) for cleaning reaction vessel, condenser tube, magnetic stir bar, glass pipette [alternatively, use Aqua Regia]
Isopropanol Sigma-Aldrich 34863-2L solvent for cleaning glassware/tubes
Liebig Condenser Tube (~500 mm) (24/40) Fisher Scientific 07-721C condenser tube, attaches to glass reaction vessel
Magnetic Stirring Bar Fisher Scientific 14-513-51 for stirring reaction solution during the synthesis process
Methanol (≥99.9%) Sigma-Aldrich 34860-2L-R new, ≥99.9% purity (for washing gold nanoparticles after synthesis)
Microbalance (mg resolution) Accuris Instruments W3200-120 for weighing tetrachloroauric acid powder (located in the nitrogen glove box)
Micropipette (1000 µL) Fisher Scientific FBE01000 for measuring and dispensing liquid chemicals such as oleylamine and toluene (if using micropipette instead of graduated cylinder for measurement)
Micropipette Tips (1000 µL) USA Scientific 1111-2831 for measuring and dispensing liquid chemicals such as oleylamine and toluene (if using micropipette instead of graduated cylinder for measurement)
Nitrile Gloves Ted Pella, Inc. 81853 personal protective equipment (PPE), for protection, and for keeping nitrogren glove box gloves clean
Nitrogen Glove Box M. Braun LABstar pro for performing gold nanoparticle synthesis in a dry and inert environment
Non-Aqueous 20 mL Glass Vials with PTFE-Lined Caps (Quantity: 2) Fisher Scientific 03-375-25 for weighing tetrachloroauric acid powder and mixing with oleylamine and toluene to make injection solution
Oleylamine (Technical Grade, 70%) Sigma-Aldrich O7805-100G technical grade, 70%, preferably new, stored in the nitrogen glove box
Parafilm M Sealing Film (2 in. x 250 ft) Sigma-Aldrich P7543 for sealing the gold nanoparticles in the 50 mL centrifuge tubes after the synthesis process is over
Round Bottom Flask (250 mL) (24/40) Wilmad-LabGlass LG-7291-234 glass reaction vessel, attaches to condenser tube
Rubber Bulb with Valves (Rubber Bulb-Type Safety Pipet Filler) Fisher Scientific 13-681-50 used with the long graduated glass pipette to inject the gold nanoparticle precursor solution into the reaction vessel
Rubber Hoses (PVC Tubes) (Quantity: 2) Fisher Scientific 14-169-7D for connecting the condenser tube to water inlet/outlet ports
Stainless Steel Spatula Ted Pella, Inc. 13590-1 for scooping tetrachloroauric acid powder from small container
Stand (Base with Rod) Fisher Scientific 12-000-102 for holding the condenser tube and reaction vessel during the synthesis process (located in the nitrogen glove box)
Stirring Heating Mantle (250 mL) Fisher Scientific NC1089133 for holding and supporting reaction vessel sphere, while heating with magnetic stirrer rotating the magnetic stirrer bar
Tetrachloroauric(III) Acid (HAuCl4) (≥99.9%) Sigma-Aldrich 520918-1G preferably new or never opened, ≥99.9% purity, stored in fridge, then opened only in the nitrogen glove box, never exposed to air/water/humidity
Texwipes / Kimwipes / Cleanroom Wipes Texwipe TX8939 for miscellaneous cleaning and surface protection
Toluene (≥99.8%) Sigma-Aldrich 244511-2L new, anhydrous, ≥99.8% purity
Tweezers Ted Pella, Inc. 5371-7TI for poking small holes in aluminum foil, and for removing Parafilm
Vortexer Cole-Parmer EW-04750-51 for vortexing the gold nanoparticles in toluene in 50 mL conical centrifuge tubes to resuspend the gold nanoparticles into the toluene solution

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sperling, R. A., Gil, P. R., Zhang, F., Zanella, M., Parak, W. J. Biological applications of gold nanoparticles. Chemical Society Reviews. 37 (9), 1896-1908 (2008).
  2. Dreaden, E. C., Alkilany, A. M., Huang, X., Murphy, C. J., El-Sayed, M. A. The golden age: Gold nanoparticles for biomedicine. Chemical Society Reviews. 41 (7), 2740-2779 (2012).
  3. Daniel, M. -C., Astruc, D. Gold Nanoparticles: Assembly, Supramolecular Chemistry, Quantum-Size-Related Properties, and Applications toward Biology, Catalysis, and Nanotechnology. Chemical Reviews. 104 (1), 293-346 (2004).
  4. McCold, C. E., et al. Ligand exchange based molecular doping in 2D hybrid molecule-nanoparticle arrays: length determines exchange efficiency and conductance. Molecular Systems Design & Engineering. 2 (4), 440-448 (2017).
  5. Faraday, M. Experimental Relations of Gold (and other Metals) to Light. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 147, 145-181 (1857).
  6. Turkevich, J., Stevenson, P. C., Hillier, J. A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold. Discussions of the Faraday Society. 11, 55-75 (1951).
  7. Frens, G. Controlled Nucleation for the Regulation of the Particle Size in Monodisperse Gold Suspensions. Nature Physical Science. 241 (105), 20-22 (1973).
  8. Kimling, J., Maier, M., Okenve, B., Kotaidis, V., Ballot, H., Plech, A. Turkevich method for gold nanoparticle synthesis revisited. Journal of Physical Chemistry B. 110 (32), 15700-15707 (2006).
  9. Wilcoxon, J. P., Williamson, R. L., Baughman, R. Optical properties of gold colloids formed in inverse micelles. The Journal of Chemical Physics. 98 (12), 9933-9950 (1993).
  10. Brust, M., Walker, M., Bethell, D., Schiffrin, D. J., Whyman, R. Synthesis of thiol-derivatised gold nanoparticles in a two-phase liquid-liquid system. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. (7), 801-802 (1994).
  11. Zhao, P., Li, N., Astruc, D. State of the art in gold nanoparticle synthesis. Coordination Chemistry Reviews. 257 (3-4), 638-665 (2013).
  12. Hiramatsu, H., Osterloh, F. E. A Simple Large-Scale Synthesis of Nearly Monodisperse Gold and Silver Nanoparticles with Adjustable Sizes and with Exchangeable Surfactants. Chemistry of Materials. 16 (13), 2509-2511 (2004).
  13. Voorhees, P. W. The Theory of Ostwald Ripening. Journal of Statistical Physics. 38 (1-2), 231-252 (1985).
  14. Lifshitz, I. M., Slyozov, V. V. The kinetics of precipitation from supersaturated solid solutions. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 19 (1-2), 35-50 (1961).
  15. Haiss, W., Thanh, N. T. K., Aveyard, J., Fernig, D. G. Determination of Size and Concentration of Gold Nanoparticles from UV-Vis Spectra. Analytical Chemistry. 79 (11), 4215-4221 (2007).
  16. McCold, C. E., Fu, Q., Howe, J. Y., Hihath, J. Conductance based characterization of structure and hopping site density in 2D molecule-nanoparticle arrays. Nanoscale. 7 (36), 14937-14945 (2015).
  17. Hihath, S., McCold, C., March, K., Hihath, J. L. Characterization of Ligand Exchange in 2D Hybrid Molecule-nanoparticle Superlattices. Microscopy and Microanalysis. 24 (1), 1722-1723 (2018).
  18. McCold, C. E., et al. Molecular Control of Charge Carrier and Seebeck Coefficient in Hybrid Two-Dimensional Nanoparticle Superlattices. The Journal of Physical Chemistry C. 124 (1), 17-24 (2020).

Tags

כימיה גיליון 173 סינתזת חלקיקי זהב חלקיקי זהב חלקיקי Au כימיה חומצה טטרהכלורואורית HAuCl4 אוליאמין טולואן
סינתזת חלקיקי זהב
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Marrs, J., Ghomian, T., Domulevicz,… More

Marrs, J., Ghomian, T., Domulevicz, L., McCold, C., Hihath, J. Gold Nanoparticle Synthesis. J. Vis. Exp. (173), e62176, doi:10.3791/62176 (2021).

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