Opisany jest prosty protokół przygotowania zredukowanego tlenku grafenu za pomocą światła widzialnego i plazmonicznej nanocząstki.
Artykuł metodologiczny
Opisany jest prosty protokół przygotowania zredukowanego tlenku grafenu za pomocą światła widzialnego i plazmonicznej nanocząstki.
Obecna praca demonstruje prostą, wolną od chemii, szybką i energooszczędną metodę wytwarzania zredukowanego roztworu tlenku grafenu (r-GO) w RT przy użyciu promieniowania światłem widzialnym plazmonicznymi nanocząstkami. Nanocząstka plazmoniczna służy do poprawy skuteczności redukcji GO. Zajmuje to tylko 30 minut w temperaturze pokojowej poprzez oświetlenie roztworów lampą Xe, roztwory r-GO można uzyskać poprzez całkowite usunięcie nanocząstek złota poprzez prosty etap wirowania. Kuliste nanocząstki złota (AuNPs) w porównaniu z innymi nanostrukturami są najbardziej odpowiednią nanostrukturą plazmoniczną do przygotowania r-GO. Zredukowany tlenek grafenu przygotowany przy użyciu światła widzialnego i AuNP był równie jakościowy jak chemicznie zredukowany tlenek grafenu, który był wspierany różnymi technikami analitycznymi, takimi jak spektroskopia UV-Vis, spektroskopia Ramana, proszek XRD i XPS. Zredukowany tlenek grafenu przygotowany za pomocą światła widzialnego wykazuje doskonałe właściwości wygaszające w stosunku do cząsteczek fluorescencyjnych modyfikowanych na ssDNA i doskonały odzysk fluorescencji do wykrywania docelowego DNA. Stwierdzono, że r-GO przygotowany z przetworzonych AuNP jest tej samej jakości co r-GO zredukowany chemicznie. Wykorzystanie światła widzialnego z plazmonicznymi nanocząstkami demonstruje dobrą alternatywną metodę syntezy r-GO.
Pierwsza opracowana metoda oparta na taśmie klejącej1 i chemiczne osadzanie z fazy gazowej2 były doskonałymi metodami do uzyskania nieskazitelnego stanu grafenu, ale synteza grafenu na dużą skalę lub tworzenie warstwy grafenu na powierzchni o dużym obszarze były uważane za kluczowe ograniczenie poprzednich metod. 3 Jednym z możliwych rozwiązań dla syntezy r-GO na dużą skalę będzie metoda syntezy chemicznej na mokro, która najpierw wymaga reakcji z silnymi utleniaczami, rozległej obróbki fizycznej, takiej jak sonikacja, w celu wytworzenia arkusza GO, a na końcu redukcji funkcji tlenowych, takich jak grupy hydroksy, epoksydowe i karbonylowe w GO jest niezbędna do odzyskania jego pierwotnych właściwości fizycznych. 4 Redukcję GO prowadzono głównie metodą chemiczną z użyciem hydrazyny lub jej pochodnych5 lub metodą obróbki termicznej (550–1 100 °C) w atmosferze obojętnej lub redukującej. 6
Te procesy wymagają toksycznych substancji chemicznych, długiego czasu reakcji i wysokiej temperatury, co zwiększyło całkowite zapotrzebowanie na energię do syntezy r-GO. 7 Podczas gdy procesy redukcji promieniowania fotoplazmatycznego, takie jak proces fototermiczny wywołany promieniowaniem UV,8 proces fototermiczny z wykorzystaniem pulsacyjnej lampy ksenonowej,9 impulsowe wspomagane laserem10 i ogrzewanie fototermiczne za pomocą lamp błyskowychaparatów fotograficznych11 zostały również zgłoszone w odniesieniu do przygotowania r-GO. Ogólnie rzecz biorąc, niska wydajność konwersji metod fotoindukowanych rozprzestrzenia się do zastosowania promieniowania UV lub pulsacyjnego promieniowania laserowego, które może dostarczać wysoką energię fotonów. Niska energia fotonów światła widzialnego ogranicza jego zastosowanie i nie przyciąga zbyt wiele do syntezy r-GO. Doskonałe właściwości absorpcji światła plazmonicznych nanocząstek w zakresie widzialnym i/lub NIR mogą znacznie poprawić obecne wady stosowania światła widzialnego do syntezy r-GO. 12,13 Łagodne warunki reakcji, krótki czas reakcji i ograniczone użycie toksycznych substancji chemicznych mogą sprawić, że indukowana światłem widzialnym plazmonowa redukcja fotokatalityczna GO stanie się użyteczną metodą alternatywną.
W obecnej metodzie opisujemy efektywną i prostą metodę syntezy r-GO wykorzystującą plazmoniczne nanocząstki i światło widzialne. Stwierdzono, że postęp reakcji jest silnie zależny od struktury nanocząstek plazmonicznych, takich jak sferyczne nanocząstki złota (AuNPs), złote nanopręty (AuNR) i złote nanogwiazdy (AuNS). Zastosowanie AuNP wykazało najbardziej efektywną redukcję GO, a nanocząstki są łatwo usuwalne i nadają się do recyklingu w celu wielokrotnego użycia (ryc. 1). R-GO zsyntetyzowany przy użyciu światła widzialnego i AuNP wykazał prawie taką samą jakość w porównaniu z r-GO przygotowanym dobrze znaną metodą chemiczną (hydrazyna), co wykazano za pomocą różnych pomiarów analitycznych i metody wykrywania DNA opartej na wygaszaniu/odzyskiwaniu fluorescencji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie Prekursora
2. Przygotowanie r-GO za pomocą światła widzialnego i AuNPs
3. Wykrywanie docelowego DNA za pomocą rozwiązania r-GO17
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rysunek 1 pokazuje ogólny schemat reakcji redukcji r-GO opartej na świetle widzialnym i plazmonicznym nanocząsteczkach. Rysunek 2 przedstawia instrumentalny układ reakcji. Po reakcji wymagany jest etap wirowania w celu usunięcia zużytego fotokatalizatora (AuNS, AuNR lub AuNPs), jak pokazano na rysunku 3A. Analiza HRTEM pokazuje całkowite usunięcie nanocząstek w supernatancie (r-GO) (Rysunek 3B), co można również potwierdzić za pomocą analizy UV-Visible, ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Naświetlanie światłem widzialnym roztworu GO przez 30 minut nanocząstkami złota (AuNPs, AuNSs i AuNRs) wykazało szybkie zmiany koloru od jasnożółto-brązowego do czarnego (Figura 1). Aby uzyskać produkt r-GO o wysokiej czystości i wysokiej wydajności, należy wziąć pod uwagę dwa ważne czynniki. Jednym z nich jest zastosowanie AuNP jako wydajnego katalizatora plazmonicznego, ponieważ AuNP mogą silnie absorbować światło widzialne wśród innych struktur (tj. AuNR, AuNS). Innym jest zastosowanie nanome...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie mamy nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez National Research Foundation of Korea (2013R1A1A1061387) i fundusz badawczy KU-KIST.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Cy3 modifeid ssDNA | IDT (Iowa, USA) | HPLC oczyszczony nanocząstkami złota IDT | |
| (30 nm) | Ted Pella, Inc (Redding, Kalifornia, Stany Zjednoczone). | 15706-20 | koloidalny |
| Kwas 4-(2-hydroksyetylo)-1-piperazynoetanosulfonowy (HEPES) (99,5%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 7365-45-9 | |
| Hydrat chlorku złota(III) (99,999%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 27988-77-8 | silnie higroskopijny |
| borowodorek sodu (99,99%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 16940-66-2 | |
| Bromek heksadecylotrimetyloamoniowy (≥ 99%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 57-09-0 | |
| Kwas L-askorbinowy(≥ 99,0%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 50-81-7 | |
| Chlorek sodu (99,5%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 7647-14-5 | |
| Azotan srebra (≥ 99.0%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, Stany Zjednoczone) | 7761-88-8 | |
| Grafit | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, Stany Zjednoczone) | 7782-42-5 | |
| Kwas siarkowy | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, Stany Zjednoczone) | 7664-93-9 | |
| Kwas fosforowy | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, Stany Zjednoczone) | 7664-38-2 | |
| Nadmanganian potasu | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, Stany Zjednoczone) | 7722-64-7 | |
| Nadtlenek wodoru | JUNSEI | 23150-0350 | |
| Wodorotlenek amonu | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 1336-21-6 | |
| Lampa Xe | Cermax, Waltham, USA | ||
| NIR Laser | Class-IV, Świętość Laser, Szanghaj, Chiny | 6W (moc wyjściowa) | |
| Spektrofotometr UV-Vis | S-3100, SINCO, Korea Południowa | ||
| Transmisyjna mikroskopia elektronowa | H-7650, Hitachi, Japonia | ||
| Spektrofluorometr | Jasco FP-6500, Tokio, Japonia | ||
| Rentgenowski spektrometr fotoelektronowy | AXIS– NOVA, KRATOS Inc., Wielka Brytania |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie