El oro nanoporoso con una distribución jerárquica y bimodal del tamaño de poro se puede producir combinando la desaleación electroquímica y química. La composición de la aleación se puede monitorear a través del examen EDS-SEM a medida que avanza el proceso de desaleación. La capacidad de carga del material se puede determinar estudiando la adsorción de proteínas en el material.
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Artículo de método
Técnica versátil para producir un diseño jerárquico en oro nanoporoso
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Resumen
Resumen
El potencial para generar tamaños de poro variables, la modificación simplista de la superficie y una amplia gama de usos comerciales en los campos de biosensores, actuadores, carga y liberación de fármacos, y el desarrollo de catalizadores han acelerado incuestionablemente el uso de nanomateriales basados en oro nanoporoso (NPG) en investigación y desarrollo. Este artículo describe el proceso de generación de oro nanoporoso bimodal jerárquico (hb-NPG) mediante el empleo de un procedimiento gradual que involucra aleación electroquímica, técnicas de desaleación química y recocido para crear macro y mesoporos. Esto se hace para mejorar la utilidad de NPG mediante la creación de una morfología bicontinua sólido/vacío. El área disponible para la modificación de la superficie se ve reforzada por poros más pequeños, mientras que el transporte molecular se beneficia de la red de poros más grandes. La arquitectura bimodal, que es el resultado de una serie de pasos de fabricación, se visualiza utilizando microscopía electrónica de barrido (SEM) como una red de poros que tienen menos de 100 nm de tamaño y conectados por ligamentos a poros más grandes que tienen varios cientos de nanómetros de tamaño. El área superficial electroquímicamente activa del hb-NPG se evalúa utilizando voltametría cíclica (CV), con un enfoque en los roles críticos que desempeñan tanto la desaleación como el recocido en la creación de la estructura necesaria. La adsorción de diferentes proteínas se mide mediante la técnica de agotamiento de la solución, revelando el mejor rendimiento de hb-NPG en términos de carga de proteínas. Al cambiar la relación entre el área de superficie y el volumen, el electrodo hb-NPG creado ofrece un enorme potencial para el desarrollo de biosensores. El manuscrito discute un método escalable para crear estructuras superficiales de hb-NPG, ya que ofrecen una gran área de superficie para la inmovilización de moléculas pequeñas y mejores vías de transporte para reacciones más rápidas.
Introducción
A menudo vistas en la naturaleza, las arquitecturas porosas jerárquicas han sido imitadas a nanoescala para alterar las características físicas de los materiales para mejorar el rendimiento1. Los elementos estructurales interconectados de varias escalas de longitud son una característica de la arquitectura jerárquica de materiales porosos2. Los metales nanoporosos desaleados suelen tener distribuciones de tamaño de poro unimodales; Por lo tanto, se han ideado múltiples técnicas para producir estructuras porosas jerárquicamente bimodales con dos rangos de tamaño de poro separados3. Los dos objetivo....
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Protocolo
1. Construcción de un recubrimiento de oro nanoporoso con arquitectura bimodal jerárquica sobre alambres de oro - Aleación
- Ensamble una celda electroquímica en un vaso de precipitados de 5 ml. Use una tapa a base de teflón con tres orificios para contener la configuración de tres electrodos.
NOTA: El teflón es un material popular para hacer tapas, ya que no reacciona con otros productos químicos. - Coloque un contraelectrodo de alambre de platino, un electrodo de referencia Ag/AgCl (KCl saturado) y un alambre de oro con un diámetro de 0,2 mm y una longitud de 5,0 mm que funcione como un electrodo de trabajo (consulte la Ta....
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Resultados
El tamaño del ligamento y los ajustes de la brecha entre ligamentos son de suma importancia para el electrodo fabricado. La creación de una estructura con poros de doble tamaño mediante la optimización de las relaciones Au/Ag es el primer paso en este estudio, junto con la caracterización utilizando la morfología de la superficie, el factor de rugosidad y la capacidad de carga. En comparación con el NPG convencional, la estructura de poro bimodal ha demostrado una mayor área superficial electroquímica, factor de rugosida.......
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Discusión
Utilizando un procedimiento de varios pasos que involucra aleación, desaleación parcial, tratamiento térmico y grabado ácido, se demuestra la fabricación jerárquica de NPG con poros de doble tamaño y un área de superficie electroquímica activa más alta.
En la aleación, el potencial estándar de los precursores metálicos influye en su reactividad durante la electrodeposición. Los iones Au y Ag de las soluciones líquidas se reducen durante la electrodeposición16,17
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por un premio del NIGMS (GM111835).
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Gas argón comprimido | Fisher Scientific Compay | ||
| Albúmina sérica bovina (BSA) | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | A9418 | > 98% de pureza |
| Contraelectrodo (alambre de platino) | Alfa Aesar | 43288-BU | 0,5 mm de diámetro |
| Horno de laboratorio digital | Barnstead Thermolyne 47.900 | F47915 | utilizado para el recocido a altas temperaturas |
| Potenciostático digital/galvanostato | EG& G Princeton Applied Research | 273A | Software PowerPULSE |
| Etanol | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | CAS-64-17-5 | Grado de HPLC/espectrofotométrico |
| Fetuín de suero de ternero fetal | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | F2379 | polvo liofilizado |
| Rollo de alambre de oro | Ciencias de la Microscopía Electrónica (Fort Washington, PA) | 73100 | 0,2 mm de diámetro, 10 pies, 99,9% |
| Ácido clorhídrico | Fisher Chemical | A144C-212 | 36.5-38% |
| Peróxido de hidrógeno | Fisher Scientific (Pittsburg, PA) | CAS-7732-18-5 | 30% |
| Kimwipes | Marca KIMTECH Science, Kimberly-Clark professional | 34120 | 4.4 x 8.2 en |
| ácido nítrico | Fisher Scientific (Pittsburg, PA) | A2008-212 | grado de metal traza |
| Parafilm | Bemis PM996 | 13-374-10 | 4 PULGADAS x 125 PIES |
| Peroxidasa del rábano picante (HRP) | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 9003-99-0 | |
| Tubo de silicona PharMed | Norton AY242606 | Diámetro interior de 1/32", diámetro exterior de 5/32", espesor de pared de 1/16", longitud de 25" | |
| Dicianoargentato de potasio | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 379166 | 99,96%, 10 G |
| Dicianouraurato | de potasio Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 389867 | 99,98%, 1 G |
| Software PowerSuite | EG& G Princeton Applied Research | viene con el instrumento Cinta | |
| PTFE | Fisherbrand | 15-078-261 | 1" de ancho 600" de largo |
| Electrodo de referencia (Ag/AgCl) | Princeton Applied Research | K0265 | |
| Microscopía electrónica de barrido (SEM) Apreo 2C | ThermoFisher scientific | APREO 2 SEM | equipado con tecnología Color SEM |
| Simplicidad Sistema UV | Millipore corporation, Boston, MA, EE. UU | SIMSV00WW | para generar agua Milli-Q (18.2 MΩ cm a 25 & grados; C) |
| Borohidruro de sodio | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 213462 | 100 g |
| de carbonato de sodio | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 452882 | grado enzimático, >99%, 100 g |
| Barra agitadora | Fisherbrand | 14-512-153 | 5 x 2 mm |
| Ácido sulfúrico | Fisher Scientific (Pittsburg, PA) | con certificación ACS plus | A300C-212 |
| Fisher Scientific (Pittsburg, PA) | 14-385-902C | Trayectoria de luz de 10 mm, capacidad de volumen 1 mL | |
| Espectrofotómetro UV-Visible | Varian Cary 50 |
Referencias
- 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....
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Reimpresiones y permisos
Erratum
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
