ניתן לייצר זהב ננו-נקבובי עם התפלגות גודל נקבוביות היררכית ובימודאלית על ידי שילוב של סגסוגת אלקטרוכימית וכימית. ניתן לעקוב אחר הרכב הסגסוגת באמצעות בדיקת EDS-SEM ככל שתהליך הסגסוגת מתקדם. ניתן לקבוע את כושר ההעמסה של החומר על ידי לימוד ספיחת חלבונים על החומר.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
טכניקה רב-תכליתית לייצור עיצוב היררכי בזהב ננו-נקבובי
במאמר זה
הודעת תיקון
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
סיכום
תקציר
הפוטנציאל ליצור גדלי נקבוביות משתנים, שינוי פני שטח פשטני ומגוון שימושים מסחריים בתחומי ביוסנסורים, מפעילים, העמסה ושחרור תרופות ופיתוח זרזים האיצו ללא ספק את השימוש בננו-חומרים מבוססי זהב ננו-נקבובי (NPG) במחקר ופיתוח. מאמר זה מתאר את תהליך הייצור של זהב ננו-נקבובי בימודאלי היררכי (hb-NPG) על ידי שימוש בהליך חכם שלב הכולל סגסוגת אלקטרוכימית, טכניקות סגסוגת כימית וחישול ליצירת מאקרו ומזופורים. זה נעשה כדי לשפר את התועלת של NPG על ידי יצירת מורפולוגיה מוצק / ריק דו רציף. השטח הזמין לשינוי פני השטח משופר על ידי נקבוביות קטנות יותר, בעוד שההובלה המולקולרית נהנית מרשת של נקבוביות גדולות יותר. הארכיטקטורה הבימודאלית, שהיא תוצאה של סדרה של שלבי ייצור, מומחשת באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) כרשת של נקבוביות שגודלן פחות מ-100 ננומטר והן מחוברות באמצעות רצועות לנקבוביות גדולות יותר שגודלן כמה מאות ננומטרים. שטח הפנים הפעיל אלקטרוכימית של hb-NPG מוערך באמצעות וולטמטריה מחזורית (CV), תוך התמקדות בתפקידים הקריטיים שגם סגסוגת וגם חישול ממלאים ביצירת המבנה הדרוש. ספיחה של חלבונים שונים נמדדת על ידי טכניקת דלדול תמיסה, חושפת את הביצועים הטובים יותר של hb-NPG במונחים של העמסת חלבון. על ידי שינוי יחס שטח הפנים לנפח, אלקטרודת hb-NPG שנוצרה מציעה פוטנציאל עצום לפיתוח biosensor. כתב היד דן בשיטה ניתנת להרחבה ליצירת מבני שטח hb-NPG, שכן הם מציעים שטח פנים גדול לאימוביליזציה של מולקולות קטנות ומסלולי הובלה משופרים לתגובות מהירות יותר.
מבוא
לעתים קרובות נראה בטבע, ארכיטקטורות נקבוביות היררכיות חיקו בקנה מידה ננומטרי כדי לשנות את המאפיינים הפיזיים של חומרים לשיפור הביצועים1. אלמנטים מבניים מחוברים זה לזה בקני מידה שונים של אורך הם מאפיין של הארכיטקטורה ההיררכית של חומרים נקבוביים2. למתכות ננו-נקבוביות מסגסוגות יש בדרך כלל התפלגות גודל נקבוביות חד-מודאלית; לפיכך, פותחו טכניקות רבות ליצירת מבנים נקבוביים בימודאליים היררכיים עם שני טווחי גודל נפרדים של נקבוביות3. שתי המטרות הבסיסיות של גישת תכנון החומרים, כלומר שטח הפנים הספציפי הגדול לפונקציונליזציה ונתיבי הובלה מהירים, שהם מובחנים ומטבעם סותרים זה את זה, ממומשות על ידי חומרים פונקציונליים בעלי היררכיה מבנית 4,5.
ביצועי החיישן האלקטרוכימי נקבעים על ידי המורפולוגיה של האלקטרודה, שכן גודל הנקבוביות של הננומטריצה חיוני להובלה מולקולרית ולכידה. נקבוביות קטנות נמצאו כמסייעות בזיהוי המטרה בדגימות מורכבות, בעוד נקבוביות גדולות יותר משפרות את נגישות מולקולת המטרה, ומגדילות את טווח הזיהוי של החיישן6. ייצור מבוסס תבנית, ציפוי אלקטרוליטי, כימיה סינתטית מלמטה למעלה, תצהיר מקרטע דק7, מטריצות גמישות מורכבות המבוססות על תמיכה פולידימתילסילוקסאן8, סגסוגת של מתכות שונות ואחריה חריטה סלקטיבית של המתכת הפחות אצילה, ואלקטרודפוזיציה הן חלק מהשיטות המשמשות לעתים קרובות להחדרת ננו-מבנים לאלקטרודה. אחת השיטות הטובות ביותר ליצירת מבנים נקבוביים היא הליך dealloying. בשל הפער בשיעורי ההתמוססות, מתכת ההקרבה, שהיא המתכת הפחות אצילה, משפיעה באופן משמעותי על המורפולוגיה הסופית של האלקטרודה. רשת מקושרת של נקבוביות ורצועות נובעת מתהליך יעיל של יצירת מבני זהב ננו-נקבוביים (NPG), שבו הרכיב הפחות אצילי מתמוסס באופן סלקטיבי מתוך סגסוגת ההתחלה, והאטומים הנותרים מתארגנים מחדש ומתאחדים9.
השיטה של dealloying/ציפוי/dealloying מחדש בשימוש על ידי דינג וארלבאכר כדי ליצור ננו-מבנים אלה כללה תחילה חשיפת סגסוגת קודמן המורכבת זהב וכסף לסגסוגת כימית באמצעות חומצה חנקתית, ולאחר מכן חימום בטמפרטורה גבוהה יותר עם התפלגות גודל נקבוביות אחת כדי ליצור את הרמה ההיררכית העליונה, והסרת הכסף שנותר באמצעות סגסוגת שנייה כדי לייצר את הרמה ההיררכית הנמוכה יותר. שיטה זו הייתה ישימה לסרטים דקים10. שימוש בסגסוגות טרינריות, המורכבות משתי מתכות אצילות תגובתיות יותר באופן יחסי, שנשחקות בזו אחר זו, הומלץ על ידי Biener ואחרים; Cu ו-Ag הוסרו בתחילה מהחומר Cu-Ag-Au, והותירו אחריהם דגימות NPG בעלות מבנה דו-מודאלי וצפיפות נמוכה11. מבנים מסודרים לטווח ארוך אינם מיוצרים על ידי ההליכים המתוארים באמצעות סגסוגות טרינריות. נקבוביות גדולות יותר נוצרו על ידי חילוץ אחד השלבים של סגסוגת האב של אל-או שהועסק על ידי Zhang et al., אשר ייצר את המבנה הבימודאלי עם מידה מינימלית של סדר12. על פי הדיווחים, מבנה היררכי מסודר נוצר על ידי שליטה בכמה סקאלות אורך, באמצעות שימוש במסלולי עיבוד הכוללים פירוק חומרים בתפזורת וחיבור רכיבים בסיסיים למבנים גדולים יותר. במקרה זה, מבנה NPG היררכי נוצר באמצעות כתיבת דיו ישירה (DIW), סגסוגת וסגסוגת13.
כאן מוצגת שיטת סגסוגת דו-שלבית לייצור מבנה היררכי של זהב ננו-נקבובי בימודאלי (hb-NPG) תוך שימוש בהרכבי סגסוגת Au-Ag שונים. כמות האלמנט הריאקטיבי שמתחתיו נעצרת הסגסוגת היא, בתיאוריה, גבול הפרידה. קינטיקה של דיפוזיית פני השטח מושפעת מעט מגבול הפרידה או סף הסגסוגת, שהוא בדרך כלל בין 50 ל -60 אחוז אטומי לפירוק אלקטרוליטי של הרכיב הריאקטיבי יותר מסגסוגת בינארית. חלק אטומי גדול של Ag בסגסוגת Au:Ag הכרחי לסינתזה מוצלחת של hb-NPG, מכיוון שלא ניתן להשלים בהצלחה את תהליכי הסגסוגת האלקטרוכימית והכימית בריכוזים נמוכים הקרובים לגבול הפרידה14.
היתרון של שיטה זו הוא שניתן לשלוט היטב במבנה ובגודל הנקבוביות. כל שלב בפרוטוקול חיוני לכוונון עדין של סולם אורך הנקבוביות האופייני והמרחק האופייני בין רצועות15. כדי לווסת את קצב הדיפוזיה וההמסה של יונים, המתח המופעל מכויל בקפידה. כדי למנוע סדקים במהלך dealloying, קצב המסת Ag נשלט.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
1. בניית ציפוי של זהב ננו-נקבובי עם ארכיטקטורה בימודאלית היררכית על חוטי זהב - סגסוגת
- להרכיב תא אלקטרוכימי בכד 5 מ"ל. השתמשו במכסה על בסיס טפלון עם שלושה חורים כדי להכיל את מערך שלוש האלקטרודות.
הערה: טפלון הוא חומר פופולרי להכנת מכסים, מכיוון שהוא אינו מגיב עם כימיקלים אחרים. - הניחו אלקטרודת נגד חוט פלטינה, אלקטרודת ייחוס Ag/AgCl (KCl רוויה) וחוט זהב בקוטר של 0.2 מ"מ ובאורך של 5.0 מ"מ המתפקד כאלקטרודה עובדת (ראו טבלת חומרים) בנוחות בכל חור במכסה. שמור על מרחק של 0.7 ס"מ בין האלקטרודה העובדת לבין האלקטרודה הנגדית.
הערה: אורך החוט הוא 1 ס"מ, ולאחר חיתוך תפס התנין, החלק החשוף הנכנס לתמיסה הוא 0.5 ס"מ. החלק הנותר מכוסה באמצעות סרט פוליטטרה-פלואוראתילן (ראה טבלת חומרים). אורך זה נמדד במדויק באמצעות סולם בכל פעם שהניסוי מבוצע. חוט הזהב מנוקה במספר שלבים לפני השימוש בו במחקר; הוא שקוע תחילה בחומצה חנקתית מרוכזת, לאחר מכן נשטף וטבול בתמיסת פיראנה, ולבסוף שקוע בנתרן בורוהידריד. ריאגנטים חזקים אלה מסייעים בסילוק כל זיהומים שעשויים להידבק לחוט. - הכינו תמיסה של 50 מילימטר כל אחד מ-K[Ag(CN)2] ו-K[Au(CN)2] (ראו טבלת חומרים) במים. הוסף 0.5 מ"ל של תמיסת K[Au(CN)2] ו- 4.5 מ"ל של תמיסת מלח K[Ag(CN)2] במיכל 5 מ"ל.
אזהרה: יש להיזהר בעת טיפול וסילוק מלחי ציאניד. יש ללבוש כפפות מגן, ביגוד מתאים, הגנה נשימתית והגנה על העיניים בזמן הטיפול בו, ולעבוד במכסה מנוע. יש לאסוף תמיסות מלח ציאניד לאחר סיום הניסוי ולהניח אותן במיכל פסולת נפרד ומסומן בבירור. כאשר באים במגע עם חומצות, נדפים מסוכנים משתחררים. כדי לשמר את הניידות היונית, 0.25 M Na2CO3 מתווסף למלאי 40 mM תמיסות של כל אחד משני המלחים. - מערבבים היטב את התמיסה על ידי החדרת מוט מערבל מגנטי לתא האלקטרוכימי, במהירות ערבוב קבועה של 300 סל"ד.
הערה: ודא שמוט הבוחש נקי. ניתן להשתמש באקווה רג'יה כדי לנקות אותו אם יש מזהמים. - הזרים גז ארגון דרך התמיסה באמצעות קוטר פנימי של 1/32 אינץ', 5/32 בקוטר חיצוני ו-1/16 בצינורות סיליקון בעובי דופן (ראו טבלת חומרים), נכנסים לתוך התא האלקטרוכימי כדי להוציא את כל החמצן המומס בתמיסת האלקטרוליטים.
הערה: הדליפה בהתקנה נמנעת על ידי הפיכתה להדוקה מספיק. - חבר את הפוטנציוסטט באמצעות אטבי תנין שנחתכים לאלקטרודות המתאימות לאחר הרכבת התא האלקטרוכימי לחלוטין.
הערה: עדיף לתייג את הקליפים בשם האלקטרודה שאליה הם יהיו מחוברים כדי למנוע בלבול. - השתמש בתוכנה (PowerSuite; ראה טבלת חומרים) כדי לבצע אלקטרודהפוזיציה באמצעות כרונואמפרומטריה לאחר הפעלת הפוטנציוסטט. הגדר את התוכנה באמצעות הפרמטרים הרצויים. עבור 600 שניות, הפוטנציאל מתוזמן עם ערך קבוע של -1.0 V15.
הערה: תן לתהליך האתחול לסיים מעצמו לפני שתציין את הפרמטרים. קובץ משלים 1 מציג צילומי מסך לשימוש בתוכנה ספציפית זו. - לחץ על הפעלה ובחר תא חיצוני כדי להשלים את תצהיר הסגסוגת על אלקטרודת העבודה. ציפוי לבן עבה נראה בסוף התהליך.
הערה: ודא שהחיבורים מאובטחים ושהפתרון בוחש בהתמדה. אם הכל עובד כמו שצריך, הנוכחי מתנדנד בין 300 ל 400 μA.
2. בניית ציפוי של זהב ננו-נקבובי עם ארכיטקטורה בימודאלית היררכית על חוטי זהב - Dealloying
הערה: שלב זה של הפרוטוקול מבוסס על סגסוגת חלקית של חוטי סגסוגת.
- הגדר את התא האלקטרוכימי פעם נוספת, כמו בתהליך הקודם (שלב 1.2), שבו שלוש אלקטרודות נשמרות 0.7 ס"מ אחת מהשנייה בתמיסת אלקטרוליטים. השתמש 4 מ"ל של 1 N חומצה חנקתית כתמיסת אלקטרוליטים עבור dealloying חלקי.
הערה: מכיוון שהאלקטרוליט מדולל, הוא אינו מסיר לחלוטין את היסוד הפחות אצילי, שכאן הוא כסף. - השאירו את מוט הבוחש פועל כדי להפיץ את התמיסה באופן שווה במהירות קבועה של 300 סל"ד.
- לאחר הגדרת התא האלקטרוכימי, חברו את הפוטנציוסטט באמצעות אטבי תנין שנחתכים לאלקטרודות הנכונות.
- השתמש שוב בתוכנת הכרונואמפרומטריה, אך הפעם בחר פוטנציאל של 0.6 V עבור 600 שניות.
- לחץ על הפעלה ולאחר מכן בחר תא חיצוני כדי לסיים את סגסוגת הסגסוגת שהושקעה באלקטרודת העבודה.
הערה: צבע החוט משתנה לאפרפר-שחור לאחר שלב זה.
3. בניית ציפוי של זהב ננו-נקבובי עם ארכיטקטורה בימודאלית היררכית על חוטי זהב - חישול
- שמור את החוטים dealloyed בבקבוקון זכוכית בתוך הכבשן.
- שמור על הטמפרטורה בכבשן ב 600 ° C במשך 3 שעות.
הערה: הטמפרטורה ומשך הזמן נבחרו על סמך מחקרי אופטימיזציה, שהראו כי טמפרטורות נמוכות יותר לא חיספו את הנקבוביות, בעוד שטמפרטורות גבוהות יותר וזמן רב יותר גרמו לסדקים במבנה. - הסר את הבקבוקון לאחר סיום ההליך והתנור כבוי. המתינו עד שהבקבוקון יתקרר לטמפרטורת החדר.
הערה: הבקבוקון החם מוסר מהתנור באמצעות סט של מלקחיים.
4. בניית ציפוי של זהב ננו-נקבובי עם ארכיטקטורה בימודאלית היררכית על חוטי זהב - Dealloying
- לטבול את החוטים dealloyed-annealed חלקית ב 4 מ"ל של חומצה חנקתית מרוכזת.
הערה: בעת העברת החומצה המרוכזת לבקבוקון הזכוכית המכיל את החוטים, יש לוודא שנעשה שימוש בפיפטת זכוכית. - השאירו את החוטים המפורקים חלקית בבקבוקון הזכוכית המכיל את החומצה החנקתית החזקה במכסה האדים למשך הלילה.
הערה: תקופת הסגסוגת נשמרה על 24 שעות כדי לאפשר סגסוגת מלאה. - צרו את החוטים המצופים ב-hb-NPG למחרת (איור 1). שטפו אותם ביסודיות במים שעברו דה-יוניזציה, ולאחר מכן שטיפת אתנול, לפני השימוש בהם במחקרים הבאים. לאחר הייבוש, השתמש בחוטים בניסויים. אצווה טרייה של חוטי זהב נקיים משמשת בכל פעם להכנת hb-NPG.
הערה: כל שלב בסינתזה הוא חיוני כדי להגיע למבנה הבימודאלי. אם מדלגים על אחד השלבים, ייווצר רק מבנה נקבוביות חד-מודאלי.
5. אפיון hb-NPG
- מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM)-הכנת דגימה
- הקפד להשתמש בספח אלומיניום נקי כבסיס להכנת דגימה להדמיית SEM.
הערה: הספסלים מנוקים בחומצה חנקתית מדוללת, נשטפים באתנול, מיובשים ונשמרים במיכל מכוסה סרט פרפין לפני השימוש החוזר. - הניחו פיסת סרט פחמן שזה עתה נחתכה על הבסיס השטוח של גבעולי האלומיניום.
- בעזרת פינצטה, לחתוך חתיכות קטנות של חוט מצופה hb-NPG ולהדביק אותם סרט פחמן.
הערה: ודא שהחוט נאחז בעדינות בפינצטה כדי למנוע מהציפוי לרדת. - סדרו את החתיכות החתוכות אופקית כדי לחשוף את המורפולוגיה שלהן תחת SEM (ראו טבלת חומרים); חתיכות שמסודרות במאונך יכולות לחשוף את עובי החומר שהושקע על חוט הזהב (איור 2).
הערה: אם לאלקטרודה יש לחות כלשהי, התא יזדהם וכתוצאה מכך ייווצרו תמונות מעורפלות. לכן, הניחו את האלקטרודה בוואקום למשך הלילה לפני ביצוע הדמיית SEM.
- הקפד להשתמש בספח אלומיניום נקי כבסיס להכנת דגימה להדמיית SEM.
- הגדרת תא SEM
- אוורור התא באמצעות האפשרות "פתח" מהתוכנה "מיקרוסקופ XT" כדי לפתוח בקלות את דלת החדר.
הערה: תוכנת "מיקרוסקופ XT" מגיעה עם מערכת SEM. תחילה יש לאוורר את החדר לחלוטין לפני שניתן יהיה לפתוח את הדלת בצורה חלקה, פעולה שבדרך כלל אורכת 3-5 דקות. באדיציה, הלחץ של גליל גז החנקן חייב להיות מתחת 5 psi. קובץ משלים 1 מציג צילומי מסך לשימוש בתוכנה ספציפית זו. - בעזרת חזיתו המעוקלת של טוויטר מיוחד, אחזו היטב בגוב האלומיניום העגול, הכניסו את הדגימה הנקייה שהונחה קודם לכן על הספח לתוך התא, והניחו אותה על במת הדגימה.
הערה: ודא שהבמה נקייה; אם יש נשפכים, אז אותם עם אצטון ומגבון ללא סיבים (ראה טבלה של חומרים). - בחר באפשרות "משאבה" לאחר מיקום הדגימה בתוך התא כדי לייצר סביבה דמוית ואקום.
הערה: לוקח בערך 3 דקות לשאוב את התא. לפני הפעלת הקורה, המשתמש צריך לחכות לסיום השאיבה. - באמצעות מצלמת הניווט, לחץ על התמונה בזמן אמת כדי לצפות במיקום המדויק של הדגימה.
- אוורור התא באמצעות האפשרות "פתח" מהתוכנה "מיקרוסקופ XT" כדי לפתוח בקלות את דלת החדר.
- הדמיה של הדגימה
- הפעל את הקרן תחילה כדי ללכוד תמונה של הדגימה.
הערה: לפני הפעלת הקורה, ודא שהמערכת שואבת. - כדי להביא את התמונה לדוגמה מהתמונה שנאספה במצלמת הניווט למרכז המסך ולחדד את המיקוד, לחץ עליה פעמיים.
- ודא שהתמונות מופקות באמצעות הדמיה עם התוכנה התואמת וגלאי Everhart-Thornley (ETD). יש צורך במיטוב גודל הספוט, קצב הסריקה והפוטנציאל.
הערה: להתחיל עם פוטנציאל נמוך יותר וגודל ספוט לפני שעולים למעלה זה תמיד מבטיח. - התאם את מרחק הבמה ממקור הקרן ל- 10 מ"מ.
הערה: למדוד במדויק את המרחק בין הבמה למקור; המערכת חייבת להיות ממוקדת ומחוברת לציר Z. - כדי ללמוד עוד על הארכיטקטורה הקיימת בקנה מידה נמוך יותר, הגדילו את ההגדלה לאחר קבלת תמונה ממוקדת בהגדלה הנמוכה יותר (איור 3).
הערה: כל רמה של הגדלת ההגדלה דורשת מיקוד.
- הפעל את הקרן תחילה כדי ללכוד תמונה של הדגימה.
- SEM וספקטרוסקופיית פיזור אנרגיה (EDS) להרכב היסוד של הדגימה
- על-ידי בחירת אפשרות SEM בצבע בתוכנה, קבע את הרכב היסוד של החומר (איור 4). הוא מקצה אוטומטית צבעים מגוונים לרכיבים השונים של הדגימה. עם זאת, ניתן גם לבחור צבעים ואלמנטים באופן ידני.
הערה: חיוני לבחון את טבלת ניתוח הרכב היסודות ואת האחוזים האטומיים של היסודות כדי לשלול בחירות בעלות אחוז אטומי של 0. - על ידי הכנסת גלאי EDS, הכפיף את הדגימה הנחקרת לספקטרוסקופיית קרני רנטגן מפזרת אנרגיה. השתמש בפוטנציאל של 15 kV ובגודל ספוט של 12 לאיסוף נתוני EDS.
הערה: לאחר לחיצה על כפתור ההוספה, המסך מציג את הגלאי שהוכנס בזמן אמת. - בדוק שהתוכנית מאפשרת יצירת תיבות זעירות לבחירת אזורים נפרדים במסך התמונה לדוגמה, כדי לאסוף מידע עבור הרכב האלמנטים.
הערה: לקבלת נתונים סטטיסטיים מדויקים, חייבות להיות בין 50 ל- 100,000 ספירות. החלונית מציגה את המצב הכולל של הנתונים שנאספו. בסיומו מופק דו"ח.
- על-ידי בחירת אפשרות SEM בצבע בתוכנה, קבע את הרכב היסוד של החומר (איור 4). הוא מקצה אוטומטית צבעים מגוונים לרכיבים השונים של הדגימה. עם זאת, ניתן גם לבחור צבעים ואלמנטים באופן ידני.
6. וולטמטריה מחזורית (CV) לשטח פנים פעיל אלקטרוכימית
- בצע את שיטת הפשטת תחמוצת הזהב, הכוללת הגדרה ידנית של תא אלקטרוכימי עם אלקטרודת הייחוס, אלקטרודת הנגד ואלקטרודת העבודה השקועה באלקטרוליט.
הערה: במחקר הנוכחי, חוט Pt משמש כאלקטרודת הנגד, hb-NPG היא האלקטרודה העובדת, ו- Ag/AgCl משמש כאלקטרודת הייחוס. חומצה גופרתית, 0.5 N, משמשת אלקטרוליט. מומלץ לנקות את אלקטרודות הייחוס והנגד בחומצה חנקתית מדוללת לפני השימוש. יתר על כן, הימנעו משימוש חוזר באלקטרוליט. - לאחר ביצוע החיבורים לפוטנציוסטט, בחר באפשרות קורות חיים מהתוכנית והגדר את הפרמטרים. תקן את הטווח הפוטנציאלי מ- -0.2-1.6 V (איור 5) ובחזרה ל- -0.2 V (לעומת Ag/AgCl) יחד עם קצב סריקה של 100 mV/s.
הערה: אין צורך בערבוב. - לחץ על כפתור ההפעלה כדי לבצע את הסריקה המחזורית. ודא שהסריקה ההפוכה חושפת שיא בולט. באמצעות מקדם ההמרה המדווח של 400 μC cm-2, שלב את המטען מתחת לשיא המגיע מהפחתת חד-שכבה של תחמוצת הזהב כדי לקבוע את שטח הפנים האלקטרוכימי של חוט hb-NPG.
הערה: יש לשרטט נכון את המשיק כדי לשלב את המטען מתחת לשיא כראוי. - ערוך סדרה זהה של ניסויים על חוט dealloyed כימית ולאחר שילוב כימי אלקטרוכימי dealloying על חוט סגסוגת Au:Ag (10: 90), כדי להבין את המשמעות המכרעת של הליכי dealloying כפול.
7. טכניקת דלדול תמיסה לחקר העמסת חלבונים
- כדי לחקור את ההעמסה בזמן אמת של מולקולות חלבון על פני השטח של hb-NPG, השתמש בספקטרופוטומטר אולטרה סגול (UV-vis) (ראה טבלת חומרים).
הערה: במחקר זה, תמיסות חלבונים של פטואין, אלבומין בסרום בקר (BSA) וחזרת פרוקסידאז (HRP) (ראו טבלת חומרים) הוכנו בנפרד בריכוזים של 1 מ"ג/מ"ל, 0.5 מ"ג/מ"ל ו-1 מ"ג/מ"ל, בהתאמה, במאגר של 0.01 מטר (pH=7.4) של מלח חוצץ פוספט (PBS). חשוב לבחור חיץ ו-pH ששומרים על יציבות החלבון. - בצע תיקון קו בסיס באמצעות המאגר בלבד. בחר את הפרמטרים של התוכנה, כולל אורך גל, זמן וקצב, לאחר ביצוע התיקון. לאחר מכן, מניחים 500 μL של תמיסת החלבון בתוך הקובט.
- ודא שניטור החלבון בזמן אמת מתחיל לאחר הוספת hb-NPG לתמיסה. עקוב אחר השינוי בספיגה לאחר כל דקה במשך 120 דקות ב- 280 ננומטר לאחר לחיצה על לחצן התחל (איור 6).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
גודל הרצועה והתאמות המרווח בין הרצועות הם בעלי משמעות עליונה עבור האלקטרודה המיוצרת. יצירת מבנה עם נקבוביות בגודל כפול על ידי אופטימיזציה של יחסי Au/Ag היא הצעד הראשון במחקר זה, יחד עם האפיון תוך שימוש במורפולוגיה של פני השטח, גורם החספוס ויכולת ההעמסה. בהשוואה ל- NPG קונבנציונלי, מבנה הנקבוביות הבימודאלי הוכיח שטח פנים אלקטרוכימי גבוה יותר, גורם חספוס ויכולת העמסת חלבון15.
hb-NPG הדגים רשת פתוחה ומקושרת של רצועות ונקבוביות לאחר סגסוגת כימית. כאן, חורים גדולים יותר מסומ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
באמצעות הליך רב-שלבי הכולל סגסוגת, סגסוגת חלקית, טיפול תרמי וחריטה חומצית, מודגם ייצור NPG היררכי עם נקבוביות בגודל כפול ושטח פנים אלקטרוכימי פעיל גבוה יותר.
בסגסוגת, הפוטנציאל הסטנדרטי של מבשרי מתכת משפיע על מידת התגובה שלהם במהלך אלקטרודפוזיציה. יוני Au ו- Ag מתמיסות נוזליות מופחתים במהלך אלקטרודפוזיציה16,17.
תגובות חצאי התאים הבאות17 מתארות את ההמסה האלקטרוכימית של תמיסות מלח ציאני...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
למחברים אין מה לחשוף.
תודות
עבודה זו נתמכה על ידי פרס של NIGMS (GM111835).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| דחוס בגז ארגון | פישר סיינטיפיק קומפיי | ||
| (BSA) | סיגמא-אולדריץ' (סנט לואיס, מיזורי) | A9418 | > 98% טוהר |
| אלקטרודה נגדית (חוט פלטינה) | אלפא Aesar | 43288-BU | בקוטר 0.5 מ"מ |
| תנור מעבדה דיגיטלי | Barnstead Thermolyne 47,900 | F47915 | המשמש לחישול בטמפרטורות גבוהות |
| פוטנציוסטט דיגיטלי/גלוונוסטט | EG & G פרינסטון מחקר יישומי | 273A | תוכנת PowerPULSE |
| אתנול | סיגמא-אולדריץ' (סנט לואיס, מיזורי) | CAS-64-17-5 | HPLC / דרגה ספקטרופוטומטרית |
| Fetuin מסרום עגל עוברי | סיגמא-אולדריץ' (סנט לואיס, מיזורי) | F2379 | אבקה ליופילית גליל |
| חוט זהב | מדעי מיקרוסקופיה אלקטרונית (פורט וושינגטון, פנסילבניה) | 73100 | קוטר 0.2 מ"מ, 10 רגל, 99.9% |
| חומצה הידרוכלורית | פישר כימי | A144C-212 | 36.5-38% |
| מי חמצן | פישר סיינטיפיק (פיטסבורג, פנסילבניה) | CAS-7732-18-5 | 30% |
| Kimwipes | KIMTECH Science מותג, קימברלי-קלארק מקצועי | 34120 | 4.4 x 8.2 |
| בחומצה חנקתית | פישר סיינטיפיק (פיטסבורג, פנסילבניה) | A2008-212 | עקבות מתכת כיתה |
| Parafilm | Bemis PM996 | 13-374-10 | 4 אינץ' x 125 רגל |
| פרוקסידאז מחזרת (HRP) | סיגמא-אולדריץ' (סנט לואיס, מיזורי) | 9003-99-0 | |
| צינורות סיליקון PharMed | נורטון | AY242606 | קוטר פנימי 1/32 אינץ', קוטר חיצוני 5/32 אינץ', עובי דופן 1/16 אינץ', אורך 25 אינץ' |
| אשלגן דיציאנוארגנטיט | סיגמא-אולדריץ' (סנט לואיס, מיזורי) | 379166 | 99.96%, 10 גרם |
| אשלגן דיציאנואורט | סיגמא-אולדריץ' (סנט לואיס, מיזורי) | 389867 | 99.98%, 1 G |
| תוכנת PowerSuite | EG& G פרינסטון מחקר | מגיע עם המכשיר | |
| קלטת PTFE | פישרברנד | 15-078-261 | 1 אינץ' רחב 600 אינץ' |
| אלקטרודה ייחוס ארוכה (Ag/AgCl) | מחקר יישומי של פרינסטון | K0265 | |
| מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) Apreo 2C | ThermoFisher מדעי | APREO 2 SEM | מצויד בטכנולוגיית SEM צבעונית |
| פשטות מערכת UV | תאגיד Millipore, בוסטון, MA, ארה"ב | SIMSV00WW | לייצור מים Milli-Q (18.2 MΩ ס"מ ב-25 מעלות; ג) |
| נתרן בורוהידריד | סיגמא-אולדריץ' (סנט לואיס, מיזורי) | 213462 | 100 גרם |
| נתרן קרבונט | סיגמא-אולדריץ' (סנט לואיס, מיזורי) | 452882 | בדרגת אנזים, >99%, 100 גרם |
| מוט ערבוב | פישרברנד | 14-512-153 | 5 x 2 מ"מ |
| חומצה גופרתית | פישר סיינטיפיק (פיטסבורג, פנסילבניה) | A300C-212 | מוסמך ACS בתוספת |
| סופרסיל קוורץ קובט | פישר מדעי (פיטסבורג, פנסילבניה) | 14-385-902C | נתיב אור 10 מ"מ, קיבולת נפח 1 מ"ל |
| ספקטרופוטומטר גלוי UV | Varian Cary 50 |
מקורות
- 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 hierarchical porosity obtained from porous glasses. Chemical Society Reviews. 42 (9), 3753-3764 (2013).
- Yang, X. -Y., et al. Hierarchically porous materials: synthesis strategies and structure design. Chemical Society Reviews. 46 (2), 481-558 (2017).
- Qi, Z., Weissmuller, J. Hierarchical nested-network nanostructure by dealloying. ACS Nano. 7 (7), 5948-5954 (2013).
- Sondhi, P., Stine, K. J. Methods to generate structurally hierarchical architectures in nanoporous coinage metals. Coatings. 11 (12), 1440-1456 (2021).
- Matharu, Z., et al. Nanoporous-gold-based electrode morphology libraries for investigating structure-property relationships in nucleic acid based electrochemical biosensors. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (15), 12959-12966 (2017).
- Bollella, P. Porous gold: A new frontier for enzyme-based electrodes. Nanomaterials. 10 (4), 722-740 (2020).
- Khan, R. K., Yadavalli, V. K., Collinson, M. M. Flexible nanoporous gold electrodes for electroanalysis in complex matrices. ChemElectroChem. 6 (17), 4660-4665 (2019).
- Sondhi, P., Stine, K. J. Electrodeposition of nanoporous gold thin films. in Nanofibers-Synthesis, Properties and Applications. , 1-21 (2020).
- Fujita, T. Hierarchical nanoporous metals as a path toward the ultimate three-dimensional functionality. Science and Technology of Advanced Materials. 18 (1), 724-740 (2017).
- Biener, J., et al. Nanoporous plasmonic metamaterials. Advanced Materials. 20 (6), 1211-1217 (2008).
- Zhang, Z., et al. Fabrication and characterization of nanoporous gold composites through chemical dealloying of two phase Al-Au alloys. Journal of Materials Chemistry. 19 (33), 6042-6050 (2009).
- Zhu, C., et al. Toward digitally controlled catalyst architectures: Hierarchical nanoporous gold via 3D printing. Science Advances. 4 (8), (2018).
- Artymowicz, D. M., Erlebacher, J., Newman, R. C. Relationship between the parting limit for de-alloying and a particular geometric high-density site percolation threshold. Philosophical Magazine. 89 (21), 1663-1693 (2009).
- Sondhi, P., Neupane, D., Bhattarai, J. K., Demchenko, A. V., Stine, K. J. Facile fabrication of hierarchically nanostructured gold electrode for bio-electrochemical applications. Journal of Electroanalytical Chemistry. 924, 116865(2022).
- Cerovic, K., Hutchison, H., Sandenbergh, R. F. Kinetics of gold and a gold-10% silver alloy dissolution in aqueous cyanide in the presence of lead. Minerals Engineering. 18 (6), 585-590 (2005).
- Ciabatti, I. Gold part-ing with nitric acid in gold-silver alloys. Substantia. 3 (1), 53-60 (2019).
- Reyes-Cruz, V., Ponce-de-León, C., González, I., Oropeza, M. T. Electrochemical deposition of silver and gold from cyanide leaching solutions. Hydrometallurgy. 65 (2-3), 187-203 (2002).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
תיקון
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
תגיות
