يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

التوليف وFunctionalization من النيتروجين مخدر الكؤوس الأنابيب الجزيئية الكربونية مع جزيئات الذهب كما سدادات الفلين

22.4K مشاهدات

DOI:

10.3791/50383

مايو 13, 2013

في هذه المقالة

ملخص

ناقشنا توليف nanocups غرافيتي الفردية باستخدام سلسلة من التقنيات بما في ذلك ترسيب الأبخرة الكيميائية، وأكسدة الأحماض صوتنة مسبار طرف. بواسطة تخفيض سترات من HAuCl 4، كانت nanocups غرافيتي مفلن بشكل فعال مع جزيئات الذهب بسبب حواف رد الفعل كيميائيا من الكؤوس.

الملخص

تتكون الأنابيب النانوية الكربونية النيتروجين مخدر من العديد من المقصورات غرافيتي على شكل كوب توصف بأنها النيتروجين مخدر أكواب أنابيب الكربون (NCNCs). كانت مكدسة هذه nanocups غرافيتي AS-توليفها من ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) طريقة بطريقة الرأس إلى الذيل المعقود إلا من خلال التفاعلات noncovalent. NCNCs الفردية يمكن أن تكون معزولة من هيكلها التراص من خلال سلسلة من عمليات الفصل الكيميائية والفيزيائية. أولا، تأكسدت NCNCs AS-تصنيعه في خليط من أحماض قوية لإدخال عيوب المحتوية على الأوكسجين على الجدران غرافيتي. ثم تم معالجة NCNCs أكسدة باستخدام عالية الكثافة صوتنة التحقيق معلومات سرية والتي فصلها بشكل فعال NCNCs مكدسة في nanocups غرافيتي الفردية. بسبب وفرة الأوكسجين الخاصة بهم وظائف سطح النيتروجين، وNCNCs الفردية أدت هي ماء للغاية ويمكن functionalized بشكل فعال مع جزيئات الذهب (GNPs)، والتي تناسب بشكل تفضيلي في افتتاحمن أكواب وسدادات الفلين. هذه nanocups غرافيتي مفلن مع GNPs قد تجد تطبيقات واعدة كما الحاويات وناقلات المخدرات النانومترية الحجم.

المقدمة

مع تجاويف من الداخل المتأصلة وتنوعا الكيمياء السطحية، والمواد النانوية جوفاء القائمة على الكربون، مثل أنابيب الكربون النانوية (تشارك المركز الوطني)، تعتبر nanocarriers جيدة في تطبيقات تسليم المخدرات. 1،2 ومع ذلك، فإن هيكل ليفية من الأنابيب النانوية الكربونية البكر لديه لا يمكن الوصول إليها بدلا أجوف الداخلية ويمكن أن يسبب استجابة التهابية شديدة والآثار السامة للخلايا في النظم البيولوجية. 3،4 تشارك المركز الوطني النيتروجين مخدر، من ناحية أخرى، وقد وجد أن تمتلك توافق مع الحياة أعلى من undoped أنابيب الكربون النانوية multiwalled (MWCNTs) 5،6، وربما يكون أفضل المخدرات أداء التسليم. المنشطات من ذرات النيتروجين في أنابيب السياج غرافيتي النتائج في هيكل أجوف مجزا تشبه الكؤوس مكدسة التي يمكن فصل الفرد للحصول على النيتروجين مخدر أكواب أنابيب الكربون (NCNCs) مع طول نموذجي أقل من 200 نانومتر. 7،8 مع الداخلية في متناول و وظائف النيتروجين والتي تسمح لمزيد من المواد الكيميائيةfunctionalization، هذه الكؤوس غرافيتي الفردية هي مفيدة للغاية للتطبيقات تسليم المخدرات.

بين أساليب مختلفة لالاصطناعية النيتروجين مخدر تشارك المركز الوطني بما في ذلك قوس التفريغ 9 والعاصمة المغنطرون الاخرق، 10 ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) وكان الأسلوب الأكثر انتشارا بسبب العديد من المزايا مثل ارتفاع المحصول ويسهل السيطرة على ظروف نمو الأنابيب النانوية. ويستخدم آلية النمو بخار السائل الصلبة (VLS) عادة لفهم عملية النمو من الأمراض القلبية الوعائية تشارك المركز الوطني النيتروجين مخدر. 11 عموما هناك نوعان من مخططات مختلفة لاستخدام البذور محفز معدني في النمو. في مخطط "سرير ثابت"، فقد تم تصنيع الحديد النانوية مع أحجام عرف لأول مرة من قبل التحلل الحراري للpentacarbonyl الحديد وثم مطلي على الشرائح الكوارتز بواسطة طلاء زيادة ونقصان للنمو الأمراض القلبية الوعائية اللاحقة. 12 في "حافز العائمة" مخطط، حافزا الحديد (عادة تم الفيروسين) مختلطة وحقنوا الكربون ونالسلائف itrogen، والتحلل الحراري من الفيروسين تقديم الجيل الموقع من الجسيمات النانوية الحفاز الحديد التي ترسبت الكربون والنيتروجين في السلائف. بينما حافزا سرير ثابت يوفر سيطرة أفضل على حجم NCNCs الناتجة، العائد من المنتج هو أقل عادة (<1 ملغ) بالمقارنة مع مخطط محفز العائمة (> 5 ملغ) لنفس كمية السلائف ووقت النمو. كما يوفر نظام محفز العائمة أيضا توزيع حجم موحد إلى حد ما من NCNCs، اعتمد في هذه الورقة عن الأمراض القلبية الوعائية توليف NCNCs.

طريقة الأمراض القلبية الوعائية يتيح NCNCs AS-توليفها التي يحمل ليفية التشكل تتألف من العديد من الكؤوس مكدسة. رغم عدم وجود الروابط الكيميائية بين أكواب المجاورة، تظل التحديات 8 في عزلة الفعال للأكواب فردية لأنهم تركيبه بإحكام في تجاويف بعضها البعض والتي تحتفظ بها التفاعلات noncovalent متعددة وطبقة خارجية من الكربون غير متبلور. 8 أتMPTS لفصل أكواب مكدسة تشمل كلا النهجين الكيميائية والفيزيائية. بينما العلاجات أكسدة في خليط من أحماض قوية هو إجراء نموذجي لخفض تشارك المركز الوطني وإدخال وظائف الأكسجين، 13،14 ويمكن أيضا أن تطبق على خفض NCNCs إلى أقسام أقصر. وقد ثبت الميكروويف إجراءات الحفر البلازما أيضا لفصل NCNCs 15 بالمقارنة مع النهج الكيميائية، الفصل المادي هو أكثر وضوحا. وأظهرت دراسة سابقة أن لدينا ببساطة عن طريق طحن مع هاون ومدقة NCNCs الفردية يمكن أن تكون معزولة جزئيا من هيكلها مكدسة. 7 بالإضافة إلى ذلك، عالية الكثافة صوتنة مسبار تلميح، الذي قدم إلى خفض فعال أنابيب الكربون النانوية احد الجدران (SWCNTs) ، وقد تبين أيضا 16 أن يكون لها تأثير كبير على الفصل بين NCNCs. 8 صوتنة مسبار تلميح يسلم السلطة ذات الكثافة العالية بالموجات فوق الصوتية إلى حل NCNC أن أساسا "يهز" الكؤوس مكدسة ويعطل INTERA ضعيفctions التي تمسك أكواب معا. في حين طرق الفصل المحتملة الأخرى هي إما غير فعالة أو التدميرية للهيكل كوب، ويوفر معلومات سرية التحقيق صوتنة أسلوب الفصل المادي فعالة للغاية، فعالة من حيث التكلفة وأقل تدميرا للحصول على أكواب غرافيتي الفردية.

وكما هو وتوليفها ليفية NCNCs يعاملون الأول في المركز H 2 SO 4 / HNO 3 حامض خليط قبل انفصالهما مع صوتنة مسبار طرف. كانت NCNCs فصل الناتجة ماء للغاية وفرقت بشكل فعال في الماء. حددنا سابقا وظائف النيتروجين مثل مجموعات أمين على NCNCs والاستفادة منها للتفاعل الكيميائي لNCNCs functionalization. 7،8،17 بالمقارنة مع أسلوبنا ذكرت سابقا من حدا قصي NCNCs مع الجسيمات النانوية التجارية، و 8 في هذا العمل، وكانت جزيئات الذهب (GNPs) الراسية على نحو فعال إلى السطح من الكأس من الحد من سيترات حمض chloroauric. بفضلتوزيع تفضيلية من وظائف النيتروجين في العراء الحافات من NCNCs، مالت GNPs توليفها في الموقع من السلائف الذهب أن يكون هناك تفاعل أفضل مع الحافات المفتوحة وشكل الناتج القومي الإجمالي "سدادات الفلين" على الكؤوس. وقد أدت هذه التوليف وطرق functionalization في رواية GNP-NCNC الهجين المواد متناهية الصغر للتطبيقات المحتملة وناقلات تسليم المخدرات.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. الأمراض القلبية الوعائية توليف النيتروجين مخدر الكؤوس الأنابيب الجزيئية الكربونية (NCNCs)

تم توليفها NCNCs توظيف ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) تقنية على أساس من الكوارتز باستخدام السلائف السائل (الشكل 1A).

  1. وضع 3 أقدام أنبوب الكوارتز طويلة (2.5 سم ID) في فرن أنبوب ليندبرج / الأزرق ودائرة رد الفعل. وضع لوحة الكوارتز (1 "× 12") داخل الأنبوب والركيزة لجمع المنتج. ختم أنبوب الكوارتز باستخدام محلية الصنع قبعات الفولاذ المقاوم للصدأ مع المدمج في الغاز والاتصالات / أنابيب حقن السائل.
  2. جعل حل السلائف السائلة التي تحتوي على 0.75٪ بالوزن الفيروسين، 10٪ بالوزن الأسيتونتريل و89.25٪ الزيلين بالوزن. قبل النمو، واستخلاص حوالي 5 مل من السلائف السائل إلى حقنة ضيق الغاز متصلا مدخل إلى أنبوب الكوارتز. ضع الحقنة على ضخ حقنة.
  3. تجميع نظام الأمراض القلبية الوعائية. ربط جميع مدخل ومخرج والغاز. تدفق صول (845 SCCM) لتطهير النظام الأمراض القلبية الوعائية وتحقق من تسرب لناجي سنوب كاشف تسرب السائل. بعد تطهير لمدة 20 دقيقة، تشغيل H 2. ضبط معدل تدفق H 2 حتي 37،5 SCCM وAR إلى 127 SCCM. بدوره على الفرن. ضبط درجة حرارة الفرن إلى 800 درجة مئوية، والانتظار حتى أنها مستقرة في 800 ° C.
  4. استخدام ضخ حقنة لحقن السلائف السائل في أنبوب الكوارتز. تعيين معدل الحقن في 9 مل / ساعة لمدة 6 دقائق لملء حجم القتلى من الأنبوب الحاقن. ثم اتجه إلى أسفل معدل الحقن إلى 1 مل / ساعة لنمو NCNCs. بعد 90 دقيقة من النمو، وإيقاف ضخ حقنة وH 2 تدفق الغاز، واغلاق الفرن. إبقاء صول المتدفقة للحفاظ على جو خامل حتى تم تبريد الفرن وصولا الى RT.
  5. افصل جميع مداخل ومنافذ الغاز، ونظام الحقن. تفكيك النظام الأمراض القلبية الوعائية واتخاذ لوحة الكوارتز بها. استخدام شفرة حلاقة من جانب واحد لتقشر الفيلم NCNCs من لوحة الكوارتز. تفريق المنتج التي تم جمعها في الإيثانول. هناك حاجة إلى حماية الجهاز التنفسي لمنع INHaling مواد الكربون ممكن إذا تم إجراء العمل خارج غطاء الدخان.

2. أكسدة NCNCs وتوليفها من خلال مزيج من الأحماض

  1. نقل حوالي 10 ملغ من NCNCs AS-توليفها إلى 200 مل قارورة جولة القاع. إضافة 7.5 مل من المركز HNO 3 إلى القارورة. يصوتن لفترة وجيزة الخليط في حمام مائي لأفضل التشتت. ثم يضاف 22.5 مل من تركيز H 2 SO 4 ببطء. (تنبيه: الخليط حامض قوي هي ضارة للغاية؛ التعامل بعناية هذه الأحماض مع حماية سلامة.) يصوتن خليط التفاعل في حمام الماء عند RT لمدة 4 ساعة.
  2. يخفف من خليط التفاعل مع 100 مل من الماء في حين تهدئة في حمام جليدي. فلتر الخليط من خلال بولي تترافلوروإيثيلين (السليكوون) الغشاء مع حجم المسام من 220 نانومتر باستخدام الشافطة المياه.
  3. غسل المواد على غشاء تصفية مع 200 مل من هيدروكسيد الصوديوم 0.01 M حل لإزالة أي نتيجة ثانوية المتبقية الحمضية. 18 ثم يغسلمع 200 مل من محلول HCl 0.01 M، تليها كمية وفيرة من الماء حتى تم التوصل إلى الرقم الهيدروجيني محايدة من الترشيح. تفريق المواد الناتجة (المؤكسد NCNCs) في الماء (20 مل) من خلال صوتنة. يمكن تخزين تعليق أدى في RT لمزيد من التجارب.

3. الفصل المادي بين NCNCs بواسطة صوتنة دقق معلومات سرية

  1. نقل تعليق NCNCs تتأكسد في الماء إلى كوب من البلاستيك 100 مل وضعها في حمام جليدي. ملء كوب من البلاستيك لمل علامة 50 مع الماء. تعيين sonicator التحقيق معلومات سرية مجهزة مع 1/4 "قطر التيتانيوم microtip في 60٪ الحد الأقصى للحجم (12 W). يغرق microtip إلى مركز من الحل ومن ثم عملية لمدة 12 ساعة مع 30 ثانية على / قبالة الفاصل. تغيير الجليد كل 30 دقيقة لمنع الانهاك.
  2. وقف صوتنة. تعليق تصفية NCNC من خلال 220 نانومتر حجم المسام تصفية السليكوون الغشاء لإزالة أي جزيئات كبيرة. يمكن أن العينات NCNC الناتجة يكون مخزن في RT لمزيد من التطبيقات.
  3. (اختياري) باعتبارها تجربة المقارنة، تفريق عينة أخرى من NCNCs AS-توليفها في DMF ويصوتن مباشرة بتعليق مع صوتنة التحقيق معلومات سرية لمدة 12 ساعة على نفس الإعدادات على النحو الوارد أعلاه.

4. التحليل الكمي من المجموعات الوظيفية أمين على NCNCs بواسطة كايزر اختبار

  1. تحضير كاشف A: مزيج 1 غرام من الفينول و 250 ميكرولتر من ETOH في 2.5 مل من البيريدين، إضافة 50 ميكرولتر من 0.01 M hydrindantin في H 2 O إلى الخليط. تحضير كاشف B: حل النينهيدرين (50 ملغ) في 1 مل من ETOH.
  2. وزن عينات NCNCs (~ 0.5 ملغ) على توازن دقيق وتفريقهم في 1 مل من 3:02 ETOH / المياه في أنابيب اختبار صغيرة. إضافة 100 ميكرولتر من كاشف A و 25 ميكرولتر من كاشف B إلى تعليق العينة. ختم أنابيب اختبار مع parafilms وتسخين الخليط في 100 ° C حمام الزيت لمدة 10 دقيقة. تحديد العينة من خلال حقنة مرشح لإزالة الجسيمات الصلبة وجمع حل الراشح.
  3. اتخاذ أطياف مرئية على فيلtrate لتحليل اللونية مع عينة فارغة المحرز في عملية نفسه دون إضافة NCNCs. تسجيل الامتصاصية من الذروة تركزت في 570 نانومتر وحساب أحمال أمين وفقا للقانون بير لامبرت.

5. Functionalization من NCNCs مع GNPs

  1. يصوتن 4 مل من تعليق مائي يحتوي على NCNCs فصل (0.01 ملغ / مل) باستخدام sonicator حمام مائي لمدة 5 دقائق لتحقيق تشتت موحدة.
  2. إضافة 1 مل من محلول مائي HAuCl 4 (1 ملغ / مل) إلى تعليق NCNC خلال صوتنة. ثم إضافة 250 ميكرولتر من 1٪ بالوزن صوديوم سيترات مائي قطرة قطرة محلول. يقلب بقوة وكان خليط التفاعل عند 70 درجة مئوية على طبق ساخن لمدة 2 ساعة.
  3. أجهزة الطرد المركزي في خليط التفاعل في 3،400 دورة في الدقيقة لمدة 15 دقيقة. جمع NCNCs functionalized مع GNPs في الراسب ويغسل بالماء بواسطة الطرد المركزي. تفريق راسب في الماء (4 مل).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

ظهرت NCNCs AS-توليفها من نمو الأمراض القلبية الوعائية كما سجادة من المادة السوداء على أساس من الكوارتز. تم الحصول على الأفلام سميكة من NCNCs تزن حوالي عدة ميلي غرام عن طريق تقشير مع شفرة حلاقة (1B الشكل). صور TEM تظهر مورفولوجية NCNCs AS-توليفها في تكبير مختلفة (الشكل 1). فى انخفاض التكبير (الشكل 1C)، أظهرت NCNCs AS-توليفها كل بنية ليفية مع أطوال عدة عادة ميكرومتر وبأقطار من 20 - 30 نانومتر. على عكس هيكل أنبوبي المستمر لتشارك المر...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

وكان الهدف الأساسي من تجاربنا لإنتاج فعال nanocups غرافيتي من الأنابيب النانوية الكربونية النيتروجين مخدر. ومع ذلك، النيتروجين المنشطات في تركيب الأمراض القلبية الوعائية لا يضمن تشكيل هيكل على شكل كوب مكدسة. اعتمادا على التركيب الكيميائي للالسلائف وظروف النمو الأخرى، مورفولوجية للمنتج نتج قد تختلف كثيرا. 19 تركيز مصدر النيتروجين هو العامل الأساسي المؤثرة في بنية لأن النتائج هيكل مجزا من عدم توافق ذرات النيتروجين في المشابك غرافيتي 20 عموما، طول حجرات يتناقص م...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

الكتاب تعلن أي المصالح المالية المتنافسة.

شكر وتقدير

وأيد هذا العمل من قبل جائزة شهادة NSF رقم 0954345.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة الاسم الشركة رقم فهرسي التعليقات الصف Ar
Recodes< / strong>
H2< / sub>Valley الغازات الوطنية5.0
Valley الغازات الوطنيةالصف 5.0
الحديدسيجما-ألدريتشF408-500G
الزيلينفيشر ScientificX5-500
الأسيتونيتريلEMDAXO149-6
H2< / sub>SO4< / sub>Fisher ScientificA300-500
HNO3< / sub>EMDNX0409-2
DMFFisher ScientificD119-500
الإيثانولDecon2716
PhenolSigma-AldrichP1037-100G
بيريدينEMDPX2020-6
هيدريدانتينسيجما ألدريتشH2003-10G
نينهيدرين ألفا إيسار43846
HAuCl4< / sub>سيجما ألدريتش52918-1G
سترات الصوديومSAFCW302600
Equipment< / strong>
CVD فرنLindberg / Blue
TEM (دقة منخفضة)FEI Morgagni
TEM (عالي الدقة)JOEL2100F
مسبار طرف سونيكاتورQsonicaXL-2000
UV-Vis مطيافPerkin-ElmerLambda 900
Zeta محلل الإمكاناتBrookheavenZetaPlus
التحليل الطيفي EDXفيليبسXL30 FEG

المراجع

  1. Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. Chemistry of carbon nanotubes. Chem. Rev. 106 (3), 1105-1136 (2006).
  2. Hilder, T. A., Hill, J. M. Modeling the loading and unloading of drugs into nanotubes. Small. 5 (3), 300-308 (2009).
  3. Shvedova, A. A., Kisin, E. R., et al. Unusual inflammatory and fibrogenic pulmonary responses to single-walled carbon nanotubes in mice. American Journal of Physiology - Lung Cellular and Molecular Physiology. 289 (5), L698-L708 (2005).
  4. Jia, G., Wang, H., et al. Cytotoxicity of carbon nanomaterials: Single-wall nanotube, multi-wall nanotube, and fullerene. Environmental Science & Technology. 39 (5), 1378-1383 (2005).
  5. Carrero-Sánchez, J. C., Elías, A. L., et al. Biocompatibility and toxicological studies of carbon nanotubes doped with nitrogen. Nano Lett. 6 (8), 1609-1616 (2006).
  6. Zhao, M. L., Li, D. J., et al. Differences in cytocompatibility and hemocompatibility between carbon nanotubes and nitrogen-doped carbon nanotubes. Carbon. 49 (9), 3125-3133 (2011).
  7. Allen, B. L., Kichambare, P. D., Star, A. Synthesis, characterization, and manipulation of nitrogen-doped carbon nanotube cups. ACS Nano. 2 (9), 1914-1920 (2008).
  8. Zhao, Y., Tang, Y., Chen, Y., Star, A. Corking carbon nanotube cups with gold nanoparticles. ACS Nano. 6 (8), 6912-6921 (2012).
  9. Stephan, O., Ajayan, P. M., et al. Doping graphitic and carbon nanotube structures with boron and nitrogen. Science. 266 (5191), 1683-1685 (1994).
  10. Suenaga, K., Johansson, M. P., et al. Carbon nitride nanotubulite - densely-packed and well-aligned tubular nanostructures. Chem. Phys. Lett. 300 (5-6), 695-700 (1999).
  11. Chen, H., Yang, Y., et al. Synergism of C5N six-membered ring and vapor-liquid-solid growth of CNx nanotubes with pyridine precursor. J. Phys. Chem. B. 110 (33), 16422-16427 (2006).
  12. Allen, B. L., Keddie, M. B., Star, A. Controlling the volumetric parameters of nitrogen-doped carbon nanotube cups. Nanoscale. 2 (7), 1105-1108 (2010).
  13. Liu, J., Rinzler, A. G., et al. Fullerene pipes. Science. 280 (5367), 1253-1256 (1998).
  14. Zhao, Y., Allen, B. L., Star, A. Enzymatic degradation of multiwalled carbon nanotubes. J. Phys. Chem. A. 115 (34), 9536-9544 (2011).
  15. Wang, Y., Bai, X. High-yield preparation of individual nitrogen-containing carbon nanobells. Mater. Lett. 63 (2), 206-208 (2009).
  16. Heller, D. A., Mayrhofer, R. M., et al. Concomitant length and diameter separation of single-walled carbon nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 126 (44), 14567-14573 (2004).
  17. Allen, B. L., Shade, C. M., Yingling, A. M., Petoud, S., Star, A. Graphitic nanocapsules. Adv. Mater. 21 (46), 4692-4695 (2009).
  18. Wang, Z., Shirley, M. D., Meikle, S. T., Whitby, R. L. D., Mikhalovsky, S. V. The surface acidity of acid oxidised multi-walled carbon nanotubes and the influence of in-situ generated fulvic acids on their stability in aqueous dispersions. Carbon. 47 (1), 73-79 (2009).
  19. Liu, H., Zhang, Y., et al. Structural and morphological control of aligned nitrogen-doped carbon nanotubes. Carbon. 48 (5), 1498-1507 (2010).
  20. Mandumpal, J., Gemming, S., Seifert, G. Curvature effects of nitrogen on graphitic sheets: structures and energetics. Chem. Phys. Lett. 447 (1-3), 115-120 (2007).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم