يمكن إنتاج الذهب المسامي النانوي مع توزيع حجم المسام الهرمي وثنائي النمط من خلال الجمع بين إزالة السبائك الكهروكيميائية والكيميائية. يمكن مراقبة تكوين السبيكة عن طريق فحص EDS-SEM مع تقدم عملية إزالة السبائك. يمكن تحديد قدرة تحميل المادة من خلال دراسة امتصاص البروتين على المادة.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
تقنية متعددة الاستخدامات لإنتاج تصميم هرمي من الذهب المسامي النانوي
في هذه المقالة
إشعار تصحيح
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
ملخص
الملخص
إن القدرة على توليد أحجام مسامية متغيرة ، وتعديل مبسط للسطح ، واتساع نطاق الاستخدامات التجارية في مجالات أجهزة الاستشعار الحيوية ، والمحركات ، وتحميل الأدوية وإطلاقها ، وتطوير المحفزات قد سرعت بلا شك من استخدام المواد النانوية القائمة على الذهب المسامي (NPG) في البحث والتطوير. توضح هذه المقالة عملية توليد الذهب المسامي النانوي ثنائي النمط الهرمي (hb-NPG) من خلال استخدام إجراء تدريجي يتضمن صناعة السبائك الكهروكيميائية ، وتقنيات إزالة السبائك الكيميائية ، والتلدين لإنشاء كل من المسام الكبيرة والمتوسطة. يتم ذلك لتحسين فائدة NPG عن طريق إنشاء مورفولوجيا صلبة / فراغ ثنائية الاستمرار. يتم تعزيز المساحة المتاحة لتعديل السطح من خلال المسام الأصغر ، بينما يستفيد النقل الجزيئي من شبكة المسام الأكبر. يتم تصور البنية ثنائية النمط ، التي هي نتيجة لسلسلة من خطوات التصنيع ، باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) كشبكة من المسام التي يقل حجمها عن 100 نانومتر ومتصلة بواسطة الأربطة بمسام أكبر يبلغ حجمها عدة مئات من النانومترات. يتم تقييم مساحة السطح النشطة كهروكيميائيا ل hb-NPG باستخدام قياس الفولتامتر الدوري (CV) ، مع التركيز على الأدوار الحاسمة التي يلعبها كل من إزالة السبائك والتلدين في إنشاء الهيكل اللازم. يتم قياس امتزاز البروتينات المختلفة بتقنية استنفاد المحلول ، مما يكشف عن الأداء الأفضل ل hb-NPG من حيث تحميل البروتين. من خلال تغيير مساحة السطح إلى نسبة الحجم ، يوفر قطب hb-NPG الذي تم إنشاؤه إمكانات هائلة لتطوير أجهزة الاستشعار الحيوية. تناقش المخطوطة طريقة قابلة للتطوير لإنشاء هياكل سطحية hb-NPG ، لأنها توفر مساحة سطح كبيرة لتجميد الجزيئات الصغيرة وتحسين مسارات النقل لتفاعلات أسرع.
المقدمة
غالبا ما ينظر إليها في الطبيعة ، تم تقليد البنى المسامية الهرمية على المستوى النانوي لتغيير الخصائص الفيزيائية للمواد لتحسين الأداء1. العناصر الهيكلية المترابطة بمقاييس الطول المختلفة هي سمة من سمات العمارة الهرمية للمواد المسامية2. عادة ما يكون للمعادن المسامية النانوية المنزوعة السبائك توزيعات حجم المسام أحادية الوسائط. ومن ثم ، تم ابتكار تقنيات متعددة لإنتاج هياكل مسامية ثنائية النمط هرميا مع نطاقين منفصلين لحجم المسام3. يتم تحقيق الهدفين الأساسيين لنهج تصميم المواد ، وهما مساحة السطح المحددة الكبيرة للتشغيل ومسارات النقل السريع ، والتي تتميز وتتعارض بطبيعتها مع بعضها البعض ، من خلال المواد الو....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
1. بناء طلاء من الذهب المسامي النانوي مع بنية ثنائية النمط هرمية على أسلاك الذهب - صناعة السبائك
- تجميع خلية كهروكيميائية في كأس زجاجية سعة 5 mL. استخدم غطاء قائم على التفلون بثلاثة ثقوب لاحتواء إعداد الأقطاب الثلاثة.
ملاحظة: التفلون مادة شائعة لصنع الأغطية ، لأنها لا تتفاعل مع المواد الكيميائية الأخرى. - ضع قطبا كهربائيا مضادا لسلك البلاتين ، وقطب مرجعي Ag / AgCl (KCl مشبع) ، وسلك ذهبي بقطر 0.2 مم وطول 5.0 مم يعمل كقطب كهربائي يعمل (انظر جدول المواد) بشكل ملائم في كل فتحة من الغطاء. حافظ على مسافة 0.7 سم بين قطب العمل وقطب العداد.
ملاحظة: طول السلك 1 سم ، وبعد قص مشبك التمساح ، يكون الجزء المكشوف الذي يدخل في ا....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
يعد حجم الرباط وتعديلات الفجوة بين الأربطة ذات أهمية قصوى للقطب الكهربائي المصنع. إن إنشاء بنية ذات مسام مزدوجة الحجم عن طريق تحسين نسب Au / Ag هو الخطوة الأولى في هذه الدراسة ، إلى جانب التوصيف باستخدام مورفولوجيا السطح وعامل الخشونة وقدرة التحميل. بالمقارنة مع NPG التقليدية ، أظهر هيكل المسام ثنائي النمط مساحة سطح كهروكيميائية أعلى ، وعامل خشونة ، وقدرة تحميل البروتين15.
أظهر hb-NPG شبكة مفتوحة ومترابطة من الأربطة والمسام بعد إزالة السبائك الكيميائية. هنا ، يشار إلى ا.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
باستخدام إجراء متعدد الخطوات يتضمن صناعة السبائك ، وإزالة السبائك الجزئية ، والمعالجة الحرارية ، وحفر الأحماض ، يتم تصنيع NPG بشكل هرمي مع مسام مزدوجة الحجم ومساحة سطح كهروكيميائية نشطة أعلى.
في صناعة السبائك ، تؤثر الإمكانات القياسية للسلائف المعدنية على مدى تفاعلها أثناء الترسيب الكهربائي. يتم تقليل أيونات Au و Ag من المحاليل السائلة أثناء الترسيب الكهربائي16,17.
تصور تفاعلات نصف الخلية التالية
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
شكر وتقدير
تم دعم هذا العمل بجائزة من NIGMS (GM111835).
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| غاز الأرجون المضغوط | فيشر Scientific Compay | ||
| ألبومين مصل الأبقار (BSA) سيجما | ألدريتش (سانت لويس ، ميزوري) | A9418 | > 98٪ |
| نقاء قطب مضاد (سلك بلاتيني) | ألفا إيسار | 43288-BU | بقطر 0.5 مم |
| فرن المختبر الرقمي | Barnstead Thermolyne 47،900 | F47915 | يستخدم للتلدين في درجات حرارة عالية |
| البوتينسيوستات الرقمي / الجالفانوستات | EG& G Princeton Applied Research | 273A | برنامج PowerPULSE |
| الإيثانول | سيجما ألدريتش (سانت لويس ، ميزوري) | CAS-64-17-5 | HPLC / الفيتوين الطيفي |
| من مصل ربلة الساق الجنينية | سيجما ألدريتش (سانت لويس ، ميزوري) | F2379 | مسحوق مجفف بالتجميد |
| لفة الأسلاك الذهبية | علوم المجهر الإلكتروني (فورت واشنطن ، بنسلفانيا) | 73100 | قطر 0.2 مم ، 10 أقدام ، 99.9٪ |
| حمض الهيدروكلوريك | فيشر الكيميائية | A144C-212 | 36.5-38٪ |
| بيروكسيد الهيدروجين | فيشر العلمي (بيتسبرغ ، بنسلفانيا) | CAS-7732-18-5 | 30٪ |
| Kimwipes | KIMTECH Science العلامة التجارية ، كيمبرلي كلارك المهنية | 34120 | 4.4 × 8.2 في |
| حمض النيتريك | فيشر العلمي (بيتسبرغ ، بنسلفانيا) | A2008-212 | درجة المعادن النزرة |
| Parafilm | Bemis PM996 | 13-374-10 | 4 بوصة × 125 قدما. |
| بيروكسيداز من الفجل الحار (HRP) | سيجما ألدريتش (سانت لويس ، ميزوري) | 9003-99-0 | |
| أنابيب سيليكون فارمد | نورتون | AY242606 ؛ | 1/32 "القطر الداخلي, 5/32" القطر الخارجي, 1/16" سمك الجدار, 25' طول |
| البوتاسيوم ديسيانوأرجنتات | سيجما ألدريتش (سانت لويس ، ميزوري) | 379166 | 99.96٪ ، 10 جم |
| ديسيانورات البوتاسيوم | سيجما ألدريتش (سانت لويس ، ميزوري) | 389867 | 99.98٪ ، 1 برنامج G |
| PowerSuite | EG& G Princeton Applied | Research يأتي مع شريط | |
| PTFE | للأداة Fisherbrand | 15-078-261 | 1 "عرض 600" |
| قطب مرجعي طويل (Ag / AgCl) | برينستون للبحوث التطبيقية ؛ | K0265 | |
| المسح المجهري الإلكتروني (SEM) Apreo 2C | ThermoFisher العلمي | APREO 2 SEM | مجهزة بتقنية Color SEM |
| نظام الأشعة فوق البنفسجية البساطة | شركة Millipore Corporation ، بوسطن ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية | SIMSV00WW | لتوليد ماء Milli-Q (18.2 M & Omega ؛ سم عند 25 درجة ؛ ج) |
| بوروهيدريد الصوديوم | سيجما ألدريتش (سانت لويس ، ميزوري) | 213462 | 100 جرام |
| كربونات الصوديوم | سيجما ألدريتش (سانت لويس ، ميزوري) | 452882 | درجة الإنزيم ، >99٪ ، 100 جرام |
| شريط تحريك | فيشربراند | 14-512-153 | 5 × 2 مم |
| حمض الكبريتيك | فيشر ساینتفيك (بيتسبرغ ، بنسلفانيا) | A300C-212 | معتمد من ACS بالإضافة إلى |
| كوفيت كوفيت كوفيت كوارتز سوبراسيل | علمي (بيتسبرغ ، بنسلفانيا) | 14-385-902C | مسار ضوء 10 مم ، سعة الحجم 1 مل |
| الطيف الضوئي المرئي للأشعة فوق البنفسجية | فاريان كاري 50 |
المراجع
- Fang, M., Dong, G., Wei, R., Ho, J. C. Hierarchical nanostructures: design for sustainable water splitting. Advanced Energy Materials. 7 (23), 1700559(2017).
- Inayat, A., Reinhardt, B., Uhlig, H., Einicke, W. -D., Enke, D. Silica monoliths with hierarc....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
تصحيح
Formal Correction: Erratum: Versatile Technique to Produce a Hierarchical Design in Nanoporous Gold
Posted by JoVE Editors on 3/10/2023. Citeable Link.
An erratum was issued for: Versatile Technique to Produce a Hierarchical Design in Nanoporous Gold. The Authors section was updated from:
Palak Sondhi1
Dharmendra Neupane2
Jay K. Bhattarai3
Hafsah Ali1
Alexei V. Demchenko4
Keith J. Stine1
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of Missouri-Saint Louis
2Food and Drug Administration
3Mallinckrodt Pharmaceuticals Company
4Department of Chemistry, Saint Louis University
to:
Palak Sondhi1
Dharmendra Neupane1
Jay K. Bhattarai2
Hafsah Ali1
Alexei V. Demchenko3
Keith J. Stine1
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of Missouri-Saint Louis
2Mallinckrodt Pharmaceuticals Company
3Department of Chemistry, Saint Louis University
