L'oro nanoporoso con una distribuzione gerarchica e bimodale delle dimensioni dei pori può essere prodotto combinando l'impiego elettrochimico e chimico. La composizione della lega può essere monitorata tramite l'esame EDS-SEM man mano che il processo di negoziazione avanza. La capacità di carico del materiale può essere determinata studiando l'adsorbimento proteico sul materiale.
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Articolo metodologico
Tecnica versatile per produrre un design gerarchico in oro nanoporoso
In questo articolo
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Sommario
Abstract
Il potenziale di generare dimensioni variabili dei pori, la modifica semplicistica della superficie e una vasta gamma di usi commerciali nei campi dei biosensori, degli attuatori, del carico e del rilascio di farmaci e lo sviluppo di catalizzatori hanno indubbiamente accelerato l'uso di nanomateriali a base di oro nanoporoso (NPG) nella ricerca e nello sviluppo. Questo articolo descrive il processo di generazione di oro nanoporoso bimodale gerarchico (hb-NPG) impiegando una procedura graduale che coinvolge la lega elettrochimica, le tecniche di negoziazione chimica e la ricottura per creare sia macro che mesopori. Questo viene fatto per migliorare l'utilità di NPG creando una morfologia bicontinua solido/vuoto. L'area disponibile per la modifica della superficie è migliorata da pori più piccoli, mentre il trasporto molecolare beneficia della rete di pori più grandi. L'architettura bimodale, che è il risultato di una serie di fasi di fabbricazione, viene visualizzata utilizzando la microscopia elettronica a scansione (SEM) come una rete di pori di dimensioni inferiori a 100 nm e collegati da legamenti a pori più grandi di diverse centinaia di nanometri. L'area superficiale elettrochimicamente attiva dell'hb-NPG viene valutata mediante voltammetria ciclica (CV), con particolare attenzione ai ruoli critici che sia il dealloying che la ricottura svolgono nella creazione della struttura necessaria. L'adsorbimento di diverse proteine viene misurato mediante tecnica di deplezione in soluzione, rivelando le migliori prestazioni di hb-NPG in termini di carico proteico. Modificando il rapporto tra superficie e volume, l'elettrodo hb-NPG creato offre un enorme potenziale per lo sviluppo di biosensori. Il manoscritto discute un metodo scalabile per creare strutture superficiali hb-NPG, in quanto offrono una grande area superficiale per l'immobilizzazione di piccole molecole e migliori vie di trasporto per reazioni più rapide.
Introduzione
Spesso viste in natura, le architetture porose gerarchiche sono state imitate su scala nanometrica per alterare le caratteristiche fisiche dei materiali per migliorare le prestazioni1. Elementi strutturali interconnessi di varie scale di lunghezza sono una caratteristica dell'architettura gerarchica dei materiali porosi2. I metalli nanoporosi trattati hanno tipicamente distribuzioni unimodali delle dimensioni dei pori; Quindi, sono state ideate più tecniche per produrre strutture porose gerarchicamente bimodali con due intervalli separati di dimensioni dei pori3. I due obiettivi fondamentali dell'....
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Protocollo
1. Costruzione di un rivestimento di oro nanoporoso con architettura bimodale gerarchica su fili d'oro - Lega
- Assemblare una cella elettrochimica in un becher da 5 ml. Utilizzare un coperchio a base di teflon con tre fori per contenere la configurazione a tre elettrodi.
NOTA: Il teflon è un materiale popolare per la produzione di coperchi, in quanto non reagisce con altre sostanze chimiche. - Posizionare un controelettrodo a filo di platino, un elettrodo di riferimento Ag/AgCl (KCl saturo) e un filo d'oro con un diametro di 0,2 mm e una lunghezza di 5,0 mm che funzioni come elettrodo di lavoro (vedi Tabella dei materiali
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Risultati
Le dimensioni del legamento e le regolazioni del gap tra legamenti sono della massima importanza per l'elettrodo prodotto. La creazione di una struttura con pori di doppia dimensione ottimizzando i rapporti Au/Ag è il primo passo in questo studio, insieme alla caratterizzazione utilizzando la morfologia superficiale, il fattore di rugosità e la capacità di carico. Rispetto all'NPG convenzionale, la struttura bimodale dei pori ha dimostrato una maggiore superficie elettrochimica, fattore di rugosità e capacità di carico p.......
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Discussione
Utilizzando una procedura a più fasi che coinvolge lega, trattamento parziale, trattamento termico e incisione acida, viene dimostrata la fabbricazione gerarchicamente di NPG con pori di doppia dimensione e una superficie elettrochimica attiva più elevata.
Nella lega, il potenziale standard dei precursori metallici influenza la loro reattività durante l'elettrodeposizione. Gli ioni Au e Ag delle soluzioni liquide vengono ridotti durante l'elettrodeposizione16,17
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato supportato da un premio del NIGMS (GM111835).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Gas argon compresso | Fisher Scientific Compay | ||
| Albumina sierica bovina (BSA) | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | A9418 | > Controelettrodo di purezza 98% |
| (filo di platino) | Alfa Aesar | 43288-BU | 0,5 mm di diametro |
| Barnstead Thermolyne 47.900 | F47915 | utilizzato per la ricottura ad alte temperature | |
| Potenziostato/galvanostato digitale | EG& G Princeton Applied Research | 273A | Software PowerPULSE |
| Etanolo | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | CAS-64-17-5 | Grado HPLC/spettrofotometrico |
| Fetuin da siero fetale di vitello | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | F2379 | polvere liofilizzata |
| Rotolo di filo d'oro Scienze | della microscopia elettronica (Fort Washington, PA) | 73100 | 0,2 mm di diametro, 10 piedi, 99,9% |
| Acido cloridrico | Fisher Chemical | A144C-212 | 36,5-38% |
| Perossido di idrogeno | Fisher Scientific (Pittsburg, PA) | CAS-7732-18-5 | 30% |
| Kimwipes | KIMTECH Marchio scientifico, Kimberly-Clark professionale | 34120 | 4,4 x 8,2 in |
| acido nitrico | Fisher Scientific (Pittsburg, PA) | A2008-212 | traccia di metallo grado |
| Parafilm | Bemis PM996 | 13-374-10 | 4 POLLICI x 125 PIEDI |
| Perossidasi da rafano (HRP) | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 9003-99-0 | |
| PharMed tubo in silicone | Norton | AY242606 | 1/32" di diametro interno, 5/32" di diametro esterno, 1/16" di spessore della parete, 25' di lunghezza |
| Dicianoargentato di potassio | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 379166 | 99,96%, 10 G |
| di dicianoaurato di potassio | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 389867 | 99,98%, 1 G |
| Software PowerSuite | EG& G Princeton Applied Research | viene fornito con lo strumento | |
| Nastro in PTFE | Fisherbrand | 15-078-261 | 1" di larghezza 600" lungo |
| Elettrodo di riferimento (Ag/AgCl) | Princeton Applied Research | K0265 | |
| Microscopia elettronica a scansione (SEM) Apreo 2C | ThermoFisher scientifico | APREO 2 SEM | dotato di tecnologia SEM a colori |
| Semplicità Sistema UV | Millipore corporation, Boston, MA, USA | SIMSV00WW | per la generazione di acqua Milli-Q (18,2 M & Omega; cm a 25 & deg; C) |
| Boroidruro di sodio | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 213462 | 100 g |
| di carbonato di sodio | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 452882 | enzima, >99%, 100 g |
| di ancoretta | Fisherbrand | 14-512-153 | 5 x 2 mm |
| Acido solforico | Fisher Scientific (Pittsburg, PA) | A300C-212 | certificato ACS plus |
| Cuvetta al quarzo Supracil | Fisher Scientific (Pittsburg, PA) | 14-385-902C | Percorso luminoso di 10 mm, capacità volumetrica 1 mL |
| Spettrofotometro UV-Visibile | Varian Cary 50 |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
Errata corrige
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
