Name: Technique polyvalente pour produire un design hiérarchique en or nanoporeux (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-02-10T12:45:00.000+00:00
Duration: 5 min 28 s
Description: Découvrez une méthode polyvalente pour produire des électrodes en or nanoporeux avec une distribution hiérarchique des tailles de pores. Ce protocole contrôle précisément la dissolution de l'argent pour optimiser la morphologie finale et améliorer les diagnostics médicaux.

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1. Construction d’un revêtement d’or nanoporeux avec une architecture bimodale hiérarchique sur des fils d’or - Alliage
<ol><li>Assembler une cellule électrochimique dans un bécher de 5 mL. Utilisez un couvercle à base de téflon avec trois trous pour contenir la configuration à trois électrodes. REMARQUE: Le téflon est un matériau populaire pour la fabrication de couvercles, car il ne réagit pas avec d’autres produits chimiques.</li>
	<li>Placez une contre-électrode en fil de platine, une électrode de référence Ag/AgCl (KCl saturée) et un fil d’or d’un diamètre de 0,2 mm et d’une longueur de 5,0 mm fonctionnant comme une électrode de travail (voir le tableau des matériaux) commodément dans chaque trou du couvercle. Maintenez une distance de 0,7 cm entre l’électrode de travail et la contre-électrode. REMARQUE: La longueur du fil est de 1 cm, et après avoir clipsé la pince crocoditrice, la partie exposée entrant dans la solution est de 0,5 cm. La partie restante est recouverte d’un ruban de polytétrafluoroéthylène (voir le tableau des matières). Cette longueur est mesurée avec précision à l’aide d’une échelle chaque fois que l’expérience est effectuée. Le fil d’or est nettoyé en plusieurs étapes avant d’être utilisé dans l’étude; Il est d’abord immergé dans de l’acide nitrique concentré, puis rincé et trempé dans une solution de piranha, et enfin immergé dans du borohydrure de sodium. Ces réactifs puissants aident à éliminer toutes les impuretés qui pourraient adhérer au fil.</li>
	<li>Préparer une solution de 50 mM de K[Ag(CN)2] et de K[Au(CN)2] (voir le tableau des matières) dans l’eau. Ajouter 0,5 mL de solution de K[Au(CN)2] et 4,5 mL de solution de sel de K[Ag(CN)2] dans le bécher de 5 mL. ATTENTION : Soyez prudent lorsque vous manipulez et éliminez des sels de cyanure. Portez des gants de protection, des vêtements appropriés, une protection respiratoire et une protection oculaire lorsque vous le manipulez, et travaillez dans une hotte. Les solutions de sel de cyanure doivent être collectées une fois l’expérience terminée et placées dans un conteneur à déchets séparé et clairement identifié. Au contact d’acides, des fumées dangereuses sont libérées. Pour préserver la mobilité ionique, 0,25 MNa2CO3est ajouté aux solutions mères de 40 mM de chacun des deux sels.</li>
	<li>Bien mélanger la solution en insérant une barre d’agitation magnétique dans la cellule électrochimique, à une vitesse d’agitation constante de 300 tr/min. REMARQUE: Vérifiez que la barre d’agitation est propre. Aqua regia peut être utilisé pour le nettoyer s’il y a des contaminants.</li>
	<li>Faire circuler l’argon gazeux à travers la solution à l’aide d’un tube en silicone de 1/32 pouce (po), 5/32 po de diamètre extérieur et 1/16 po de paroi d’épaisseur (voir le tableau des matériaux), en allant à l’intérieur de la cellule électrochimique pour éliminer tout oxygène dissous dans la solution électrolytique. REMARQUE: La fuite dans la configuration est évitée en la rendant suffisamment serrée.</li>
	<li>Connectez le potentiostat à l’aide de pinces crocodiles qui sont clipsées aux électrodes appropriées une fois la cellule électrochimique complètement assemblée. REMARQUE: Il est préférable d’étiqueter les clips avec le nom de l’électrode à laquelle ils seront attachés afin d’éviter toute confusion.</li>
	<li>Utilisez le logiciel (PowerSuite; voir Tableau des matériaux) pour effectuer une électrodéposition à l’aide de la chronoampérométrie après avoir allumé le potentiostat. Configurez le logiciel à l’aide des paramètres souhaités. Pendant 600 s, le potentiel est chronométré avec une valeur fixe de -1,0 V15. Remarque : laissez le processus de démarrage se terminer par lui-même avant de spécifier les paramètres. Le fichier supplémentaire 1 montre des captures d’écran pour l’utilisation de ce logiciel spécifique.</li>
	<li>Appuyez sur Run et choisissez la cellule externe pour terminer le dépôt de l’alliage sur l’électrode de travail. Un épais revêtement blanc est visible à la fin du processus. REMARQUE: Assurez-vous que les connexions sont sécurisées et que la solution remue régulièrement. Si tout fonctionne comme il se doit, le courant oscille entre 300 et 400 μA.</li>
</ol>2. Construction d’un revêtement d’or nanoporeux avec une architecture bimodale hiérarchique sur des fils d’or - Déalliage
NOTE: Cette phase du protocole est basée sur le désalliage partiel des fils alliés.
<ol><li>Configurez à nouveau la cellule électrochimique, comme dans le processus précédent (étape 1.2), dans lequel trois électrodes sont maintenues à 0,7 cm l’une de l’autre dans une solution d’électrolyte. Utiliser 4 mL d’acide nitrique 1 N comme solution électrolytique pour le désalliage partiel. REMARQUE: Parce que l’électrolyte est dilué, il n’élimine pas complètement l’élément moins noble, qui est ici l’argent.</li>
	<li>Laissez la barre d’agitation en marche pour faire circuler uniformément la solution à une vitesse constante de 300 tr/min.</li>
	<li>Une fois la cellule électrochimique installée, fixez le potentiostat à l’aide de pinces crocodiles qui sont clipsées aux bonnes électrodes.</li>
	<li>Utilisez à nouveau le logiciel de chronoampérométrie, mais choisissez cette fois un potentiel de 0,6 V pour 600 s.</li>
	<li>Appuyez sur Exécuter, puis sélectionnez la cellule externe pour terminer le désalliage de l’alliage déposé sur l’électrode de travail. REMARQUE: La couleur du fil passe au gris-noir après cette étape.</li>
</ol>3. Construction d’un revêtement d’or nanoporeux avec une architecture bimodale hiérarchique sur des fils d’or - Recuit
<ol><li>Conservez les fils déalliés dans un flacon en verre à l’intérieur du four.</li>
	<li>Maintenir la température dans le four à 600 °C pendant 3 h. REMARQUE: La température et la durée ont été choisies en fonction d’études d’optimisation, qui ont montré que des températures plus basses ne grossissaient pas les pores, tandis que des températures plus élevées et un temps plus long causaient des fissures dans la structure.</li>
	<li>Retirez le flacon une fois la procédure terminée et le four éteint. Attendez que le flacon refroidisse à température ambiante. REMARQUE: Le flacon chaud est retiré du four à l’aide d’un jeu de pinces.</li>
</ol>4. Construction d’un revêtement d’or nanoporeux avec une architecture bimodale hiérarchique sur des fils d’or - Déalliage
<ol><li>Immerger les fils partiellement désalliés-recuits dans 4 mL d’acide nitrique concentré. REMARQUE: Lors du transfert de l’acide concentré dans le flacon en verre contenant les fils, assurez-vous qu’une pipette en verre est utilisée.</li>
	<li>Laissez les fils partiellement désalliés-recuits dans le flacon en verre contenant l’acide nitrique fort dans la hotte pendant la nuit. NOTE: La période de désalliage a été maintenue à 24 heures pour permettre un désalliage complet.</li>
	<li>Créez les fils revêtus de hb-NPG le lendemain (Figure 1). Rincez-les abondamment à l’eau désionisée, puis rincez à l’éthanol avant de les utiliser dans des études ultérieures. Après séchage, utilisez les fils dans des expériences. Un nouveau lot de fils d’or propres est utilisé à chaque fois pour préparer hb-NPG. NOTE: Chaque étape de la synthèse est cruciale pour arriver à la structure bimodale. Si l’une des étapes est ignorée, seule une structure poreuse unimodale en résultera.</li>
</ol>5. Caractérisation hb-NPG
<ol><li>Préparation d’échantillons au microscope électronique à balayage (MEB)<ol><li>Assurez-vous d’utiliser un talon en aluminium propre comme base pour la préparation des échantillons pour l’imagerie SEM. REMARQUE: Les souches sont nettoyées avec de l’acide nitrique dilué, rincées à l’éthanol, séchées et conservées dans un récipient recouvert d’un film de paraffine avant d’être réutilisées.</li>
		<li>Placez un morceau de ruban de carbone nouvellement coupé sur la base plate du talon d’aluminium.</li>
		<li>À l’aide d’une pince à épiler, coupez de petits morceaux de fil enduit de hb-NPG et collez-les au ruban de carbone. REMARQUE: Assurez-vous que le fil est doucement saisi avec une pince à épiler pour empêcher le revêtement de se détacher.</li>
		<li>Disposer les morceaux coupés horizontalement pour révéler leur morphologie sous un MEB (voir Tableau des matériaux); des pièces disposées verticalement peuvent révéler l’épaisseur du matériau déposé sur le fil d’or (Figure 2). REMARQUE: Si l’électrode a de l’humidité, la chambre sera contaminée, ce qui entraînera des images brumeuses. Par conséquent, placez l’électrode dans le vide pendant la nuit avant d’effectuer l’imagerie SEM.</li>
	</ol></li>
	<li>Mise en place de la chambre SEM<ol><li>Ventilez la chambre en utilisant l’option « vent » du logiciel « XT microscope » pour ouvrir facilement la porte de la chambre. REMARQUE: Le logiciel « XT microscope » est livré avec le système SEM. La chambre doit d’abord être entièrement ventilée avant que la porte puisse être ouverte en douceur, ce qui prend généralement 3 à 5 minutes. En outre, la pression de la bouteille d’azote gazeux doit être inférieure à 5 psi. Le fichier supplémentaire 1 montre des captures d’écran pour l’utilisation de ce logiciel spécifique.</li>
		<li>À l’aide de la face avant incurvée d’une pince spéciale, saisissez fermement le talon circulaire en aluminium, insérez l’échantillon propre qui a été précédemment placé sur le talon dans la chambre et placez-le sur l’étape de l’échantillon. NOTE: Assurez-vous que la scène est propre; s’il y a des déversements, supprimez-les avec de l’acétone et une lingette non pelucheuse (voir le tableau des matériaux).</li>
		<li>Sélectionnez l’option « pompe » après avoir placé l’échantillon à l’intérieur de la chambre pour produire un environnement semblable au vide. REMARQUE: Il faut environ 3 minutes pour pomper la chambre. Avant d’allumer le faisceau, l’utilisateur doit attendre la fin du pompage.</li>
		<li>À l’aide de la caméra de navigation, cliquez sur l’image en temps réel pour observer l’emplacement précis de l’échantillon.</li>
	</ol></li>
	<li>Imagerie de l’échantillon<ol><li>Allumez initialement le faisceau pour capturer une image de l’échantillon. REMARQUE: Avant d’allumer le faisceau, assurez-vous que le système est aspiré.</li>
		<li>Pour amener l’exemple d’image de l’image collectée par la caméra de navigation au centre de l’écran et accentuer la mise au point, double-cliquez dessus.</li>
		<li>Assurez-vous que les images sont produites à l’aide de l’imagerie avec le logiciel compatible et le détecteur Everhart-Thornley (ETD). L’optimisation de la taille du spot, de la fréquence de balayage et du potentiel est nécessaire. REMARQUE: Commencer par un potentiel plus faible et une taille de point avant de monter est toujours prometteur.</li>
		<li>Réglez la distance de la scène de la source du faisceau à 10 mm. NOTE: Pour mesurer avec précision la distance entre la scène et la source; le système doit être focalisé et connecté à l’axe Z.</li>
		<li>Pour en savoir plus sur l’architecture présente à une échelle inférieure, augmentez l’agrandissement après avoir obtenu une image focalisée à l’agrandissement inférieur (Figure 3). REMARQUE: Chaque niveau de l’augmentation du grossissement nécessite une mise au point.</li>
	</ol></li>
	<li>MEB et spectroscopie dispersive d’énergie (EDS) pour la composition élémentaire de l’échantillon<ol><li>En choisissant l’option de couleur SEM dans le logiciel, déterminez la composition élémentaire du matériau (Figure 4). Il attribue automatiquement diverses couleurs aux différents éléments de l’échantillon. Cependant, il est également possible de choisir les couleurs et les éléments manuellement. REMARQUE : Il est essentiel d’examiner le tableau d’analyse de la composition élémentaire et les pourcentages atomiques des éléments pour exclure les choix qui ont un pourcentage atomique de 0.</li>
		<li>En insérant le détecteur EDS, soumettre l’échantillon étudié à la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie. Utiliser un potentiel de 15 kV et une taille de spot de 12 pour recueillir les données EDS. REMARQUE: Après avoir appuyé sur le bouton d’insertion, l’écran affiche le détecteur inséré en temps réel.</li>
		<li>Vérifiez que le programme permet la création de petites boîtes pour sélectionner des régions discrètes sur l’écran de l’image de l’échantillon, afin de recueillir des informations pour la composition élémentaire. REMARQUE: Pour des statistiques précises, il doit y avoir entre 50 et 100 000 comptes. Le panneau affiche l’état général des données collectées. À la fin, un rapport est produit.</li>
	</ol></li>
</ol>6. Voltampérométrie cyclique (CV) pour la surface électrochimiquement active
<ol><li>Effectuer la méthode de stripping à l’oxyde d’or, qui consiste à configurer manuellement une cellule électrochimique avec l’électrode de référence, la contre-électrode et l’électrode de travail immergées dans un électrolyte. NOTE: Pour la présente étude, le fil Pt sert de contre-électrode, hb-NPG est l’électrode de travail et Ag/AgCl sert d’électrode de référence. L’acide sulfurique, 0,5 N, sert d’électrolyte. Il est recommandé de nettoyer les électrodes de référence et de compteur dans de l’acide nitrique dilué avant utilisation. De plus, évitez de réutiliser l’électrolyte.</li>
	<li>Une fois les connexions effectuées au potentiostat, sélectionnez l’option CV dans le programme et configurez les paramètres. Fixez la plage de potentiel comprise entre -0,2 et 1,6 V (Figure 5) et de retour à -0,2 V (par rapport à Ag/AgCl) avec une fréquence de balayage de 100 mV/s. REMARQUE: Aucune agitation n’est requise.</li>
	<li>Cliquez sur le bouton Exécuter pour effectuer l’analyse cyclique. Assurez-vous que le balayage inverse révèle un pic notable. En utilisant le facteur de conversion rapporté de 400 μC cm-2, intégrer la charge sous le pic provenant de la réduction de la monocouche d’oxyde d’or pour déterminer la surface électrochimique du fil hb-NPG. NOTE: La tangente doit être tirée correctement pour intégrer correctement la charge sous le pic.</li>
	<li>Mener une série identique d’expériences sur du fil chimiquement déallié et après avoir combiné le désalliage chimique et électrochimique sur le fil allié Au:Ag (10:90), pour comprendre l’importance cruciale des procédures de double désalliage.</li>
</ol>7. Technique d’épuisement des solutions pour étudier la charge protéique
<ol><li>Pour étudier la charge en temps réel des molécules de protéines sur la surface hb-NPG, utilisez un spectrophotomètre ultraviolet-visible (UV-vis) (voir Tableau des matériaux). REMARQUE : Dans cette étude, des solutions protéiques de fœtune, d’albumine sérique bovine (BSA) et de peroxydase de raifort (HRP) (voir le tableau des matières) ont été préparées séparément à des concentrations de 1 mg/mL, 0,5 mg/mL et 1 mg/mL, respectivement, dans un tampon de solution saline tamponnée au phosphate (PBS) de 0,01 M (pH = 7,4). Il est crucial de choisir un tampon et un pH qui maintiennent la stabilité des protéines.</li>
	<li>Effectuez une correction de ligne de base à l’aide de la mémoire tampon uniquement. Choisissez les paramètres du logiciel, y compris la longueur d’onde, le temps et la vitesse, une fois la correction effectuée. Ensuite, placez 500 μL de la solution protéique à l’intérieur de la cuvette.</li>
	<li>Assurez-vous que la surveillance des protéines en temps réel commence après l’ajout de hb-NPG dans la solution. Surveillez l’évolution de l’absorbance après chaque minute pendant 120 minutes à 280 nm après avoir appuyé sur le bouton de démarrage (Figure 6).</li>
</ol>

<ol><li>Fang, M., Dong, G., Wei, R., Ho, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hierarchical+nanostructures%3A+design+for+sustainable+water+splitting%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Energy+Materials%22%5BJournal%5D)">Hierarchical nanostructures: design for sustainable water splitting.</a> Advanced Energy Materials. 7 (23), 1700559(2017).</li>
<li>Inayat, A., Reinhardt, B., Uhlig, H., Einicke, W. -D., Enke, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silica+monoliths+with+hierarchical+porosity+obtained+from+porous+glasses%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Silica monoliths with hierarchical porosity obtained from porous glasses.</a> Chemical Society Reviews. 42 (9), 3753-3764 (2013).</li>
<li>Yang, X. -Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hierarchically+porous+materials%3A+synthesis+strategies+and+structure+design%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Hierarchically porous materials: synthesis strategies and structure design.</a> Chemical Society Reviews. 46 (2), 481-558 (2017).</li>
<li>Qi, Z., Weissmuller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hierarchical+nested-network+nanostructure+by+dealloying%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Hierarchical nested-network nanostructure by dealloying.</a> ACS Nano. 7 (7), 5948-5954 (2013).</li>
<li>Sondhi, P., Stine, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+to+generate+structurally+hierarchical+architectures+in+nanoporous+coinage+metals%5BTitle%5D)+AND+%22Coatings%22%5BJournal%5D)">Methods to generate structurally hierarchical architectures in nanoporous coinage metals.</a> Coatings. 11 (12), 1440-1456 (2021).</li>
<li>Matharu, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoporous-gold-based+electrode+morphology+libraries+for+investigating+structure-property+relationships+in+nucleic+acid+based+electrochemical+biosensors%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Nanoporous-gold-based electrode morphology libraries for investigating structure-property relationships in nucleic acid based electrochemical biosensors.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (15), 12959-12966 (2017).</li>
<li>Bollella, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porous+gold%3A+A+new+frontier+for+enzyme-based+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomaterials%22%5BJournal%5D)">Porous gold: A new frontier for enzyme-based electrodes.</a> Nanomaterials. 10 (4), 722-740 (2020).</li>
<li>Khan, R. K., Yadavalli, V. K., Collinson, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+nanoporous+gold+electrodes+for+electroanalysis+in+complex+matrices%5BTitle%5D)+AND+%22ChemElectroChem%22%5BJournal%5D)">Flexible nanoporous gold electrodes for electroanalysis in complex matrices.</a> ChemElectroChem. 6 (17), 4660-4665 (2019).</li>
<li>Sondhi, P., Stine, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrodeposition+of+nanoporous+gold+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22in+Nanofibers-Synthesis%2C+Properties+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Electrodeposition of nanoporous gold thin films.</a> in Nanofibers-Synthesis, Properties and Applications. , 1-21 (2020).</li>
<li>Fujita, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hierarchical+nanoporous+metals+as+a+path+toward+the+ultimate+three-dimensional+functionality%5BTitle%5D)+AND+%22Science+and+Technology+of+Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Hierarchical nanoporous metals as a path toward the ultimate three-dimensional functionality.</a> Science and Technology of Advanced Materials. 18 (1), 724-740 (2017).</li>
<li>Biener, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoporous+plasmonic+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Nanoporous plasmonic metamaterials.</a> Advanced Materials. 20 (6), 1211-1217 (2008).</li>
<li>Zhang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+characterization+of+nanoporous+gold+composites+through+chemical+dealloying+of+two+phase+Al-Au+alloys%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Fabrication and characterization of nanoporous gold composites through chemical dealloying of two phase Al-Au alloys.</a> Journal of Materials Chemistry. 19 (33), 6042-6050 (2009).</li>
<li>Zhu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+digitally+controlled+catalyst+architectures%3A+Hierarchical+nanoporous+gold+via+3D+printing%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Toward digitally controlled catalyst architectures: Hierarchical nanoporous gold via 3D printing.</a> Science Advances. 4 (8), (2018).</li>
<li>Artymowicz, D. M., Erlebacher, J., Newman, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationship+between+the+parting+limit+for+de-alloying+and+a+particular+geometric+high-density+site+percolation+threshold%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Magazine%22%5BJournal%5D)">Relationship between the parting limit for de-alloying and a particular geometric high-density site percolation threshold.</a> Philosophical Magazine. 89 (21), 1663-1693 (2009).</li>
<li>Sondhi, P., Neupane, D., Bhattarai, J. K., Demchenko, A. V., Stine, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+fabrication+of+hierarchically+nanostructured+gold+electrode+for+bio-electrochemical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electroanalytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Facile fabrication of hierarchically nanostructured gold electrode for bio-electrochemical applications.</a> Journal of Electroanalytical Chemistry. 924, 116865(2022).</li>
<li>Cerovic, K., Hutchison, H., Sandenbergh, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetics+of+gold+and+a+gold-10%25+silver+alloy+dissolution+in+aqueous+cyanide+in+the+presence+of+lead%5BTitle%5D)+AND+%22Minerals+Engineering%22%5BJournal%5D)">Kinetics of gold and a gold-10% silver alloy dissolution in aqueous cyanide in the presence of lead.</a> Minerals Engineering. 18 (6), 585-590 (2005).</li>
<li>Ciabatti, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gold+part-ing+with+nitric+acid+in+gold-silver+alloys%5BTitle%5D)+AND+%22Substantia%22%5BJournal%5D)">Gold part-ing with nitric acid in gold-silver alloys.</a> Substantia. 3 (1), 53-60 (2019).</li>
<li>Reyes-Cruz, V., Ponce-de-León, C., González, I., Oropeza, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+deposition+of+silver+and+gold+from+cyanide+leaching+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Hydrometallurgy%22%5BJournal%5D)">Electrochemical deposition of silver and gold from cyanide leaching solutions.</a> Hydrometallurgy. 65 (2-3), 187-203 (2002).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

En utilisant une procédure en plusieurs étapes impliquant l’alliage, le désalliage partiel, le traitement thermique et la gravure à l’acide, la fabrication hiérarchique de NPG avec des pores de deux tailles et une surface électrochimique active plus élevée est démontrée.
Dans l’alliage, le potentiel standard des précurseurs métalliques influence leur réactivité lors de l’électrodéposition. Les ions Au et Ag des solutions liquides sont réduits lors de l’électrodéposition16,17<...

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/65065">Versatile Technique to Produce a Hierarchical Design in Nanoporous Gold</a>. 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

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/65065">Versatile Technique to Produce a Hierarchical Design in Nanoporous Gold</a>. The Authors section was updated.

Erratum: Versatile Technique to Produce a Hierarchical Design in Nanoporous Gold

Souvent vues dans la nature, les architectures poreuses hiérarchiques ont été imitées à l’échelle nanométrique pour modifier les caractéristiques physiques des matériaux afin d’améliorer les performances1. Les éléments structurels interconnectés de différentes échelles de longueur sont une caractéristique de l’architecture hiérarchique des matériaux poreux2. Les métaux nanoporeux désalliés ont généralement des distributions unimodales de la taille des pores; Par conséquent, de multiples techniques ont été conçues pour produire des structures poreuses hiérarchiquement bimodales avec deux gammes de tailles de pores distinctes3. Les deux objectifs fondamentaux de l’approche de conception des matériaux, à savoir la grande surface spécifique pour la fonctionnalisation et les voies de transport rapides, qui sont distinctes et intrinsèquement en conflit l’un avec l’autre, sont remplis par des matériaux fonctionnels possédant une hiérarchie structurelle 4,5.
Les performances du capteur électrochimique sont déterminées par la morphologie de l’électrode, car la taille des pores de la nanomatrice est cruciale pour le transport moléculaire et la capture. On a découvert que les petits pores facilitent l’identification de la cible dans des échantillons compliqués, tandis que les pores plus grands améliorent l’accessibilité de la molécule cible, augmentant ainsi la portée de détectiondu capteur 6. La fabrication basée sur des modèles, la galvanoplastie, la chimie synthétique ascendante, le dépôt de pulvérisation cathodique en couche mince7, les matrices flexibles complexes basées sur le support de polydiméthylsiloxane8, l’alliage de divers métaux suivi de la gravure sélective du métal moins noble et l’électrodéposition sont quelques-unes des méthodes fréquemment utilisées pour introduire des nanostructures dans l’électrode. L’une des meilleures méthodes pour créer des structures poreuses est la procédure de désalliage. En raison de la disparité des taux de dissolution, le métal sacrificiel, qui est le métal le moins noble, influence considérablement la morphologie finale de l’électrode. Un réseau interconnecté de pores et de ligaments résulte du processus efficace de création de structures d’or nanoporeux (NPG), dans lequel le composant moins noble se dissout sélectivement de l’alliage de départ, et les atomes restants se réorganisent et se consolident9. 
La méthode de désalliage/placage/réalliage utilisée par Ding et Erlebacher pour fabriquer ces nanostructures consistait d’abord à soumettre l’alliage précurseur composé d’or et d’argent à un désalliage chimique à l’aide d’acide nitrique, puis à chauffer à une température plus élevée avec une seule distribution de taille de pores pour créer le niveau hiérarchique supérieur, et à éliminer l’argent restant à l’aide d’un deuxième désalliage pour produire le niveau hiérarchique inférieur. Cette méthode était applicable aux couches minces10. Biener et al. ont conseillé d’utiliser des alliages ternaires, qui sont composés de deux métaux nobles comparativement plus réactifs qui sont érodés un à la fois; Le Cu et l’Ag ont d’abord été retirés du matériau Cu-Ag-Au, laissant derrière eux des échantillons de NPG de faible densité à structure bimodale11. Les structures ordonnées à longue portée ne sont pas produites par les procédures décrites en utilisant des alliages ternaires. Des pores plus grands ont été produits en extrayant l’une des phases de l’alliage maître d’Al-Au employé par Zhang et al., qui a produit la structure bimodale avec un degré minimal d’ordre12. Une structure hiérarchique ordonnée aurait été créée en contrôlant plusieurs échelles de longueur, grâce à l’utilisation de voies de traitement qui comprennent le désassemblage de matériaux en vrac et l’assemblage de composants de base dans des structures plus grandes. Dans ce cas, une structure NPG hiérarchique a été réalisée par écriture directe à l’encre (DIW), alliage et désalliage13. 
Ici, une méthode de désalliage en deux étapes pour la fabrication d’une structure hiérarchique bimodale d’or nanoporeux (hb-NPG) utilisant diverses compositions d’alliage Au-Ag est présentée. La quantité d’élément réactif en dessous de laquelle le déalliage s’arrête est, en théorie, la limite de séparation. La cinétique de diffusion de surface est légèrement affectée par la limite de séparation ou le seuil de désalliage, qui est généralement compris entre 50 et 60 % atomiques pour la dissolution électrolytique du composant le plus réactif d’un alliage binaire. Une grande fraction atomique d’Ag dans l’alliage Au:Ag est nécessaire pour la synthèse réussie de hb-NPG, car les processus de désalliage électrochimique et chimique ne peuvent pas être achevés avec succès à de faibles concentrations proches de la limite de séparation14.
L’avantage de cette méthode est que la structure et la taille des pores peuvent être étroitement contrôlées. Chaque étape du protocole est cruciale pour affiner l’échelle de longueur de porosité typique et la distance typique entre les ligaments15. Pour réguler le taux de diffusion et de dissolution interfaciale des ions, la tension appliquée est soigneusement calibrée. Pour éviter la fissuration pendant le désalliage, la vitesse de dissolution de l’Ag est contrôlée.

<table><tbody><tr><td>Gaz argon comprimé</td><td>Fisher Scientific Compay</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Albumine sérique bovine (BSA)</td><td>Sigma-Aldrich (St.Louis, MO)</td><td>A9418</td><td>> Pureté de 98</td></tr> % <tr><td>Contre-électrode (fil de platine)</td><td>Alfa Aesar</td><td>43288-BU</td> Four de laboratoire numérique de <td>0,5 mm de diamètre</td></tr><tr><td></td><td>Barnstead Thermolyne 47,900</td><td>F47915</td><td>utilisé pour le recuit à haute température</td></tr><tr><td>Potentiostat/galvanostat numérique</td><td>EG& G Princeton Applied Research</td><td>273A</td><td>Logiciel PowerPULSE</td></tr><tr><td>Éthanol</td><td>Sigma-Aldrich (St.Louis, MO)</td><td>CAS-64-17-5</td><td>HPLC/spectrophotometric grade</td></tr><tr><td>Fetuin from foetal veau sérum</td><td>Sigma-Aldrich (St.Louis, MO)</td><td>F2379</td><td>poudre lyophilisée</td></tr><tr><td>Rouleau de fil d’or Electron</td><td>Microscopy Sciences (Fort Washington, PA)</td><td>73100</td><td>0,2 mm de diamètre, 10 pi, 99,9</td></tr><tr><td> %Acide chlorhydrique</td><td>Fisher Chemical</td><td>A144C-212</td><td>36.5-38 %</td></tr> <tr><td>Peroxyde d’hydrogène</td><td>Fisher Scientific (Pittsburg, PA)</td><td>CAS-7732-18-5</td><td>30 %</td></tr><tr><td>Kimwipes</td><td>KIMTECH Science marque, Kimberly-Clark professional</td><td>34120</td><td>4.4 x 8.2 in</td></tr><tr><td>Acide nitrique</td><td>Fisher Scientific (Pittsburg, PA)</td><td>A2008-212</td><td>grade de métal</td></tr><tr><td>trace</td><td>Parafilm Bemis PM996</td><td>13-374-10</td><td>4 PO x 125 PI</td></tr><tr><td>Peroxydase de raifort (HRP)</td><td>Sigma-Aldrich (St.Louis, MO)</td><td>9003-99-0</td><td></td></tr><tr><td>Tube en silicone PharMed</td><td>Norton</td><td>AY242606&nbsp ;</td><td>Diamètre intérieur de 1/32 po, diamètre extérieur de 5/32 po, épaisseur de paroi de 1/16 po, longueur de 25 pi</td></tr><tr><td>Dicyanoargentate de potassium</td><td>Sigma-Aldrich (St.Louis, MO)</td><td>379166</td><td>99,96 %, 10 G</td></tr><tr><td>Dicyanoaurate de potassium</td><td>Sigma-Aldrich (St.Louis, MO)</td><td>389867</td><td>99,98 %, 1 G</td></tr><tr><td>Logiciel PowerSuite</td><td>EG& G Princeton Applied Research</td><td></td><td>est livré avec l’instrument</td></tr><tr><td>Ruban PTFE</td><td>Fisherbrand</td><td>15-078-261</td><td>1 » de large 600 » de long</td></tr><tr><td>Électrode de référence (Ag/AgCl)</td><td>Princeton Applied Research&nbsp ;</td><td>K0265</td><td></td></tr><tr><td>Microscopie électronique à balayage (MEB) Apreo 2C</td><td>ThermoFisher scientific</td><td>APREO 2 MEB</td><td>équipé de la technologie SEM couleur</td></tr><tr><td>Simplicité Système UV</td><td>Millipore corporation, Boston, MA, États-Unis</td><td>SIMSV00WW</td><td>pour générer de l’eau Milli-Q (18,2 M&Omega ; cm à 25 &deg ; C)&nbsp ;</td></tr><tr><td>Borohydrure de sodium</td><td>Sigma-Aldrich (St.Louis, MO)</td><td>213462</td><td>100 g</td></tr><tr><td>Carbonate</td><td>de sodium Sigma-Aldrich (St.Louis, MO)</td><td>452882</td><td>grade enzymatique, >99 %, 100 G</td></tr><tr><td>Barre d’agitation</td><td>Fisherbrand</td><td>14-512-153</td><td>5 x 2 mm</td></tr><tr><td>Acide sulfurique</td><td>Fisher Scientific (Pittsburg, PA)</td><td>A300C-212</td><td>certifié ACS plus</td></tr><tr><td>cuvette en quartz Supracil</td><td>Fisher Scientific (Pittsburg, Pennsylvanie)</td><td>14-385-902C</td><td>Trajet lumineux de 10 mm, capacité volumique 1 mL</td></tr><tr><td>Spectrophotomètre UV-Visible</td><td>Varian Cary 50</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

technique polyvalente pour produire un design hiérarchique en or nanoporeux

Versatile Technique to Produce a Hierarchical Design in Nanoporous Gold

Le potentiel de générer des tailles de pores variables, une modification simpliste de la surface et un large éventail d’utilisations commerciales dans les domaines des biocapteurs, des actionneurs, du chargement et de la libération de médicaments et du développement de catalyseurs ont incontestablement accéléré l’utilisation de nanomatériaux à base d’or nanoporeux (NPG) dans la recherche et le développement. Cet article décrit le processus de génération d’or nanoporeux bimodal hiérarchique (hb-NPG) en utilisant une procédure par étapes impliquant l’alliage électrochimique, les techniques de désalliage chimique et le recuit pour créer à la fois des macropores et des mésopores. Ceci est fait pour améliorer l’utilité de NPG en créant une morphologie solide / vide bicontinue. La zone disponible pour la modification de surface est améliorée par des pores plus petits, tandis que le transport moléculaire bénéficie du réseau de pores plus grands. L’architecture bimodale, qui est le résultat d’une série d’étapes de fabrication, est visualisée à l’aide de la microscopie électronique à balayage (MEB) comme un réseau de pores de moins de 100 nm et reliés par des ligaments à des pores plus grands de plusieurs centaines de nanomètres. La surface électrochimiquement active du hb-NPG est évaluée à l’aide de la voltampérométrie cyclique (CV), en mettant l’accent sur les rôles critiques que jouent le désalliage et le recuit dans la création de la structure nécessaire. L’adsorption de différentes protéines est mesurée par la technique de déplétion en solution, révélant la meilleure performance de hb-NPG en termes de charge protéique. En modifiant le rapport surface/volume, l’électrode hb-NPG créée offre un potentiel énorme pour le développement de biocapteurs. Le manuscrit traite d’une méthode évolutive pour créer des structures de surface hb-NPG, car elles offrent une grande surface pour l’immobilisation de petites molécules et des voies de transport améliorées pour des réactions plus rapides.

La taille du ligament et les ajustements de l’espace interligamentaire sont de la plus haute importance pour l’électrode fabriquée. La création d’une structure avec des pores de double taille en optimisant les rapports Au/Ag est la première étape de cette étude, ainsi que la caractérisation utilisant la morphologie de surface, le facteur de rugosité et la capacité de charge. Par rapport au NPG conventionnel, la structure des pores bimodaux a démontré une surface électrochimique, un facteur de rugosité et une capacité de ...

L’or nanoporeux avec une distribution hiérarchique et bimodale de la taille des pores peut être produit en combinant le désalliage électrochimique et chimique. La composition de l’alliage peut être surveillée via un examen EDS-SEM à mesure que le processus de désalliage progresse. La capacité de charge du matériau peut être déterminée en étudiant l’adsorption des protéines sur le matériau.

Technique polyvalente pour produire un design hiérarchique en or nanoporeux

The potential to generate variable pore sizes, simplistic surface modification, and a breadth of commercial uses in the fields of biosensors, actuators, ...

Notre protocole fournit une méthode pour produire des électrodes en or nanoporeuses avec une distribution hiérarchique de la taille des pores plus grands pour un meilleur transport des molécules et des pores plus petits pour une surface accrue. Le principal avantage du protocole par étapes réside dans le contrôle strict du taux de dissolution de l’argent pendant le désalliage, qui détermine la morphologie finale de l’électrode. Le système de santé peut bénéficier de la conception de l’électrode produite.Un diagnostic plus rapide et plus précis sera possible car la structure poreuse bimodale offre une grande surface et un mouvement facile des molécules. Pour commencer, assemblez une cellule électrochimique dans un bécher de cinq millilitres. Utilisez un couvercle à base de téflon avec trois trous pour contenir la configuration à trois électrodes.Placez un fil de platine comme contre-électrode, du chlorure d’argent comme électrode de référence et un fil d’or comme électrode de travail dans chaque trou de couvercle en maintenant une distance de 0,7 centimètre entre l’électrode de travail et la contre-électrode. Préparer 50 solutions millimolaires de chaque cyanure de potassium et d’argent et de cyanure d’or de potassium dans l’eau. Ajouter 0,5 millilitre de solution de cyanure d’or de potassium et 4,5 millilitres de solution de sel de cyanure de potassium et d’argent dans le bécher de cinq millilitres.Insérez la barre d’agitation magnétique dans la cellule électrochimique et mélangez la solution à une vitesse d’agitation de 300 tr/min jusqu’à ce que le barbotage du gaz argon soit observé. Faire circuler l’argon gazeux à travers la solution d’électrolyte pour éliminer l’oxygène dissous à l’aide d’un tube en silicone. Une fois la cellule électrochimique assemblée, connectez le potentiostat avec des pinces crocodiles attachées aux électrodes appropriées.Après avoir allumé le potentiostat, utilisez le logiciel pour effectuer le dépôt d’électrodes en utilisant la chronoampérométrie. Configurez le logiciel avec les paramètres souhaités. Réglez le potentiel sur une valeur fixe de moins un volt pendant 600 secondes.Appuyez sur Run pour terminer le dépôt de l’alliage sur l’électrode de travail. Pour le désalliage, configurez la cellule électrochimique comme démontré précédemment et utilisez quatre millilitres d’un acide nitrique normal comme solution électrolytique pour le désalliage partiel. Une fois que la solution circule uniformément et que le potentiostat est fixé à la bonne électrode, dans le logiciel de chronoampérométrie, définissez un potentiel de 0,6 volt pendant 600 secondes.Appuyez sur Run pour terminer le désalliage de l’alliage déposé sur l’électrode de travail. Pour le processus de recuit, conservez les fils déalliés dans un flacon en verre. Allumez le four, placez le flacon en verre à l’intérieur du four et réglez la température à 600 degrés Celsius pendant trois heures.Une fois le processus terminé, éteignez le four, retirez le flacon et laissez-le refroidir à température ambiante. Pour un désalliage complet, immergez le fil recuit partiellement désallié dans quatre millilitres d’acide nitrique concentré et laissez-le dans la hotte pendant la nuit. Le lendemain, retirez l’acide nitrique du flacon.Préparez ensuite les fils bimodaux hiérarchiques nanoporeux en or ou les fils bimodaux hiérarchiques revêtus de MPG en les rinçant à l’eau désionisée, puis à l’éthanol. Après séchage, visualisez le fil à l’aide de la microscopie électronique à balayage. Les micrographies électroniques à balayage du MPG bimodal hiérarchique ont démontré un réseau ouvert de ligaments et de pores après la désalliage chimique.Les plus grands trous étaient indiqués par une hiérarchie supérieure et la hiérarchie inférieure indiquait des pores plus petits. La cartographie élémentaire codée par couleur pour chaque étape de la création de MPG bimodal hiérarchique a révélé la présence d’argent et d’or. Le voltammogramme cyclique représenté en médaillon représente les 10% d’or dans un alliage d’argent à 90%.La structure créée par désalliage chimique a montré une petite réduction de l’oxyde d’or. La structure bimodale incorporant le désalliage chimique et électrochimique a montré un pic de réduction de l’oxyde d’or plus prononcé, indiquant une augmentation de la surface. Il est important de suivre l’ordre séquentiel du protocole en commençant par l’alliage, le désalliage, le recuit, le désalliage chimique, et un contrôle strict du temps et du potentiel pendant l’alliage et le désalliage est tout aussi important.Cette méthode a permis de créer des conceptions électrochimiquement hiérarchisées et elle peut être étendue à l’avenir pour devenir un monolithe à usage industriel et créer des biocapteurs électrochimiques pour les glycoprotéines.

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