Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Wszechstronna technika tworzenia hierarchicznego projektu z nanoporowatego złota

2.3K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/65065

⸱

10 lutego 2023

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of Missouri-Saint Louis, 2Mallinckrodt Pharmaceuticals Company, 3Department of Chemistry, Saint Louis University

W tym artykule

Informacja o sprostowaniu

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

Podsumowanie

Nanoporowate złoto o hierarchicznym i bimodalnym rozkładzie wielkości porów może być wytwarzane przez połączenie procesów elektrochemicznych i chemicznych. Skład stopu może być monitorowany za pomocą badania EDS-SEM w miarę postępu procesu sortowania. Nośność materiału można określić, badając adsorpcję białek na materiale.

Streszczenie

Potencjał generowania zmiennych rozmiarów porów, uproszczona modyfikacja powierzchni oraz szeroki zakres zastosowań komercyjnych w dziedzinie biosensorów, siłowników, ładowania i uwalniania leków oraz rozwoju katalizatorów niewątpliwie przyspieszyły wykorzystanie nanomateriałów na bazie nanoporowatego złota (NPG) w badaniach i rozwoju. W artykule opisano proces wytwarzania hierarchicznego bimodalnego nanoporowatego złota (hb-NPG) poprzez zastosowanie procedury etapowej obejmującej stopowanie elektrochemiczne, techniki obróbki chemicznej i wyżarzanie w celu wytworzenia zarówno makro, jak i mezoporów. Ma to na celu poprawę użyteczności NPG poprzez utworzenie dwuciągłej morfologii ciała stałego/pustki. Obszar dostępny do modyfikacji powierzchni jest zwiększony przez mniejsze pory, podczas gdy transport molekularny korzysta z sieci większych porów. Architektura bimodalna, która jest wynikiem serii etapów wytwarzania, jest wizualizowana za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) jako sieć porów o wielkości mniejszej niż 100 nm i połączonych więzadłami z większymi porami o wielkości kilkuset nanometrów. Elektrochemicznie czynna powierzchnia hb-NPG jest oceniana za pomocą cyklicznej woltamperometrii (CV), ze szczególnym uwzględnieniem krytycznych ról, jakie w tworzeniu niezbędnej struktury odgrywają zarówno dealloying, jak i wyżarzanie. Adsorpcja różnych białek jest mierzona za pomocą techniki zubożania roztworu, co ujawnia lepszą wydajność hb-NPG pod względem obciążenia białkami. Zmieniając stosunek powierzchni do objętości, utworzona elektroda hb-NPG oferuje ogromny potencjał w zakresie rozwoju biosensorów. W manuskrypcie omówiono skalowalną metodę tworzenia struktur powierzchniowych hb-NPG, ponieważ oferują one dużą powierzchnię do immobilizacji małych cząsteczek i ulepszone szlaki transportowe dla szybszych reakcji.

Wprowadzenie

Często spotykane w naturze, hierarchiczne porowate architektury były naśladowane w nanoskali, aby zmienić fizyczne cechy materiałów w celu poprawy wydajności1. Połączone ze sobą elementy konstrukcyjne o różnych skalach długości są charakterystyczne dla hierarchicznej architektury materiałów porowatych2. Nanoporowate metale Dealloyed mają zazwyczaj jednomodalny rozkład wielkości porów; W związku z tym opracowano wiele technik wytwarzania hierarchicznie bimodalnych porowatych struktur z dwoma oddzielnymi zakresami wielkości porów3. Dwa podstawowe cele podejścia do projektowania materiałów, a mianowicie duża powierzchnia właściwa dla funkcjonalizacji i szybkie ścieżki transportu, które są odrębne i z natury sprzeczne ze sobą, są spełnione przez materiały funkcjonalne o hierarchii strukturalnej4,5.

Wydajność czujnika elektrochemicznego zależy od morfologii elektrody, ponieważ wielkość porów nanomatrycy jest kluczowa dla transportu i wychwytywania molekularnego. Stwierdzono, że małe pory pomagają w identyfikacji celu w skomplikowanych próbkach, podczas gdy większe pory zwiększają dostępność cząsteczki docelowej, zwiększając zakres wykrywania czujnika6. Wytwarzanie oparte na szablonach, galwanizacja, oddolna chemia syntetyczna, napylanie cienkowarstwowe7, złożone elastyczne matryce oparte na podparciu polidimetylosiloksanu8, stopienie różnych metali, a następnie selektywne trawienie mniej szlachetnego metalu i elektroosadzanie to tylko niektóre z metod, które są często stosowane do wprowadzania nanostruktur do elektrody. Jedną z najlepszych metod tworzenia porowatych struktur jest procedura dealloying. Ze względu na rozbieżność w szybkości rozpuszczania, metal protektorowy, który jest metalem mniej szlachetnym, znacząco wpływa na końcową morfologię elektrody. Wzajemnie połączona sieć porów i więzadeł wynika z efektywnego procesu tworzenia struktur nanoporowatego złota (NPG), w którym mniej szlachetny składnik selektywnie rozpuszcza się ze stopu wyjściowego, a pozostałe atomy reorganizują się i konsolidują9.

Metoda dealloying/plating/re-dealloying używana przez Ding i Erlebachera do tworzenia tych nanostruktur polegała najpierw na poddaniu stopu prekursora złożonemu ze złota i srebra chemicznemu dealloyingowi przy użyciu kwasu azotowego, a następnie podgrzaniu w wyższej temperaturze z pojedynczym rozkładem wielkości porów w celu stworzenia wyższego poziomu hierarchicznego, a następnie usunięciu pozostałego srebra za pomocą drugiego dealloyingu, aby uzyskać niższy poziom hierarchiczny. Ta metoda miała zastosowanie do cienkich folii10. Stosowanie stopów trójskładnikowych, które składają się z dwóch stosunkowo bardziej reaktywnych metali szlachetnych, które są erodowane pojedynczo, było zalecane przez Bienera i wsp.; Cu i Ag zostały początkowo usunięte z materiału Cu-Ag-Au, pozostawiając próbki NPG o bimodalnej strukturze i niskiej gęstości11. Struktury uporządkowane na duże odległości nie są wytwarzane za pomocą opisanych procedur z wykorzystaniem stopów trójskładnikowych. Większe pory zostały wytworzone przez ekstrakcję jednej z faz głównego stopu Al-Au zastosowanego przez Zhanga i wsp., co spowodowało powstanie struktury bimodalnej o minimalnym stopniu uporządkowania12. Uporządkowana struktura hierarchiczna została podobno stworzona przez kontrolowanie kilku skal długości, poprzez wykorzystanie ścieżek przetwarzania, które obejmują demontaż materiałów sypkich i łączenie podstawowych komponentów w większe struktury. W tym przypadku hierarchiczna struktura NPG została stworzona za pomocą bezpośredniego zapisu atramentem (DIW), stopowania i dealloyingu13.

Tutaj przedstawiono dwuetapową metodę wytwarzania hierarchicznej struktury bimodalnego nanoporowatego złota (hb-NPG) wykorzystującą różne kompozycje stopów Au-Ag. Ilość elementu reaktywnego, poniżej której kończy się rozdzielanie, jest teoretycznie granicą przecinania. Kinetyka dyfuzji powierzchniowej jest nieznacznie uzależniona od granicy rozdzielania lub progu separacji, który zwykle wynosi od 50 do 60 procent atomowych w przypadku elektrolitycznego rozpuszczania bardziej reaktywnego składnika ze stopu dwuskładnikowego. Duża frakcja atomowa Ag w stopie Au:Ag jest niezbędna do pomyślnej syntezy hb-NPG, ponieważ zarówno procesy elektrochemiczne, jak i chemiczne nie mogą być pomyślnie zakończone przy niskich stężeniach w pobliżu granicy separacji14.

Zaletą tej metody jest to, że struktura i wielkość porów mogą być ściśle kontrolowane. Każdy krok w protokole ma kluczowe znaczenie dla dopracowania typowej skali długości porowatości i typowej odległości między więzadłami15. Aby regulować szybkość dyfuzji i rozpuszczania jonów międzyfazowych, przyłożone napięcie jest starannie kalibrowane. Aby zapobiec pękaniu podczas rozpuszczania, szybkość rozpuszczania Ag jest kontrolowana.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Konstruowanie powłoki z nanoporowatego złota z hierarchiczną architekturą bimodalną na drutach złotych - Stopowanie

  1. Zmontuj ogniwo elektrochemiczne w zlewce o pojemności 5 ml. Użyj pokrywy na bazie teflonu z trzema otworami, aby pomieścić konfigurację z trzema elektrodami.
    UWAGA: Teflon jest popularnym materiałem do produkcji pokrywek, ponieważ nie reaguje z innymi chemikaliami.
  2. W każdym otworze pokrywy należy wygodnie umieścić przeciwelektrodę z drutu platynowego, elektrodę odniesienia Ag/AgCl (nasycony KCl) oraz złoty drut o średnicy 0.2 mm i długości 5.0 mm pełniący funkcję elektrody roboczej (patrz Tabela materiałów). Zachowaj odległość 0,7 cm między elektrodą roboczą a przeciwelektrodą.
    UWAGA: Długość drutu wynosi 1 cm, a po przypięciu zacisku krokodylkowego odsłonięta część wchodząca do roztworu ma 0,5 cm. Pozostałą część przykrywa się taśmą politetrafluoroetylenową (patrz Tabela materiałów). Długość ta jest precyzyjnie mierzona za pomocą skali za każdym razem, gdy przeprowadzany jest eksperyment. Złoty drut jest czyszczony w kilku krokach przed użyciem w badaniu; Najpierw zanurza się go w stężonym kwasie azotowym, następnie spłukuje i zanurza w roztworze piranii, a na końcu zanurza w borowodorku sodu. Te silne odczynniki pomagają w eliminowaniu wszelkich zanieczyszczeń, które mogą przylegać do drutu.
  3. Przygotować po 50 mM roztworu K[Ag(CN)2] i K[Au(CN)2] (patrz tabela materiałów) w wodzie. Dodać 0,5 ml roztworu K[Au(CN)2] i 4,5 ml roztworu soli K[Ag(CN)2] do zlewki o pojemności 5 ml.
    UWAGA: Zachowaj ostrożność podczas obchodzenia się i utylizacji soli cyjanku. Podczas obchodzenia się z nim należy nosić rękawice ochronne, odpowiednią odzież, ochronę dróg oddechowych i ochronę oczu oraz pracować pod wyciągiem. Roztwory soli cyjanku muszą zostać zebrane po zakończeniu eksperymentu i umieszczone w oddzielnym, wyraźnie oznaczonym pojemniku na odpady. W kontakcie z kwasami uwalniają się niebezpieczne opary. Aby zachować ruchliwość jonową, 0,25 M Na2CO3 dodaje się do podstawowych roztworów 40 mM każdej z dwóch soli.
  4. Dokładnie wymieszać roztwór, wkładając mieszadło magnetyczne do ogniwa elektrochemicznego, ze stałą prędkością mieszania 300 obr./min.
    UWAGA: Sprawdź, czy mieszadło jest czyste. Woda królewska może być używana do czyszczenia, jeśli są zanieczyszczenia.
  5. Cyrkuluj argon w roztworze za pomocą silikonowej rurki o średnicy wewnętrznej 1/32 cala (cale), średnicy zewnętrznej 5/32 i grubości ścianki 1/16 cala (patrz tabela materiałów), wchodząc do wnętrza ogniwa elektrochemicznego w celu usunięcia rozpuszczonego tlenu w roztworze elektrolitu.
    UWAGA: Wycieku w konfiguracji można uniknąć, dokręcając go wystarczająco mocno.
  6. Podłącz potencjostat za pomocą zacisków krokodylkowych, które są przypinane do odpowiednich elektrod po całkowitym zmontowaniu ogniwa elektrochemicznego.
    UWAGA: Najlepiej jest oznaczyć klipsy nazwą elektrody, do której zostaną przymocowane, aby uniknąć nieporozumień.
  7. Użyj oprogramowania (PowerSuite; patrz tabela materiałów) do wykonania elektroosadzania z wykorzystaniem chronoamperometrii po włączeniu potencjostatu. Skonfiguruj oprogramowanie przy użyciu żądanych parametrów. Przez 600 s potencjał jest mierzony w czasie ze stałą wartością -1,0 V15.
    UWAGA: Poczekaj, aż proces uruchamiania zakończy się sam przed określeniem parametrów. Plik uzupełniający 1 zawiera zrzuty ekranu dotyczące korzystania z tego konkretnego oprogramowania.
  8. Naciśnij run i wybierz ogniwo zewnętrzne, aby zakończyć osadzanie stopu na elektrodzie roboczej. Na końcu procesu widoczna jest gruba biała powłoka.
    UWAGA: Upewnij się, że połączenia są bezpieczne, a roztwór stale się miesza. Jeśli wszystko działa tak jak powinno, prąd oscyluje między 300 a 400 μA.

2. Konstruowanie powłoki z nanoporowatego złota o hierarchicznej architekturze bimodalnej na złotych drutach - Dealloying

UWAGA: Ta faza protokołu opiera się na częściowym rozdzielaniu drutów stopowych.

  1. Skonfiguruj ogniwo elektrochemiczne jeszcze raz, tak jak w poprzednim procesie (krok 1.2), w którym trzy elektrody są utrzymywane w odległości 0,7 cm od siebie w roztworze elektrolitu. Użyj 4 ml 1 N kwasu azotowego jako roztworu elektrolitu do częściowego rozdzielania.
    UWAGA: Ponieważ elektrolit jest rozcieńczony, nie usuwa całkowicie mniej szlachetnego pierwiastka, jakim jest w tym przypadku srebro.
  2. Pozostaw pręt mieszadła włączony, aby równomiernie rozprowadzać roztwór ze stałą prędkością 300 obr./min.
  3. Po ustawieniu ogniwa elektrochemicznego przymocuj potencjostat za pomocą zacisków krokodylkowych, które są przypięte do odpowiednich elektrod.
  4. Ponownie skorzystaj z oprogramowania chronoamperometrycznego, ale tym razem wybierz potencjał 0,6 V przez 600 s.
  5. Naciśnij przycisk uruchom, a następnie wybierz ogniwo zewnętrzne, aby zakończyć układanie osadzonego stopu na elektrodzie roboczej.
    UWAGA: Po wykonaniu tego kroku kolor przewodu zmieni się na szaro-.

3. Konstruowanie powłoki z nanoporowatego złota z hierarchiczną architekturą bimodalną na drutach złotych - Wyżarzanie

  1. Przechowuj uszkodzone druty w szklanej fiolce wewnątrz pieca.
  2. Utrzymuj temperaturę w piecu na poziomie 600 °C przez 3 h.
    UWAGA: Temperatura i czas trwania zostały dobrane na podstawie badań optymalizacyjnych, które wykazały, że niższe temperatury nie powodowały zgrubienia porów, natomiast wyższe temperatury i dłuższy czas powodowały pęknięcia w strukturze.
  3. Wyjąć fiolkę po zakończeniu procedury i wyłączeniu pieca. Poczekaj, aż fiolka ostygnie do temperatury pokojowej.
    UWAGA: Gorącą fiolkę wyjmuje się z pieca za pomocą zestawu szczypiec.

4. Konstruowanie powłoki z nanoporowatego złota z hierarchiczną architekturą bimodalną na złotych drutach - Dealloying

  1. Zanurzyć częściowo wyżarzone druty w 4 ml stężonego kwasu azotowego.
    UWAGA: Podczas przenoszenia stężonego kwasu do szklanej fiolki zawierającej druty, należy upewnić się, że używana jest szklana pipeta.
  2. Częściowo wyżarzone druty pozostawić na noc w szklanej fiolce zawierającej mocny kwas azotowy w dygestorium.
    UWAGA: Okres dealloyingu został utrzymany na poziomie 24 godzin, aby umożliwić pełne dealloying.
  3. Utwórz druty pokryte hb-NPG następnego dnia (Rysunek 1). Dokładnie spłucz je wodą dejonizowaną, a następnie płucz etanolem, zanim zostaną użyte w kolejnych badaniach. Po wyschnięciu użyj drutów w eksperymentach. Do przygotowania hb-NPG.
    każdorazowo używana jest świeża partia czystych drutów złotych UWAGA: Każdy etap syntezy ma kluczowe znaczenie dla uzyskania struktury bimodalnej. Jeśli którykolwiek z kroków zostanie pominięty, powstanie tylko jednomodalna struktura porów.

5. charakterystyka hb-NPG

  1. Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) - przygotowanie próbki
    1. Upewnij się, że używasz czystego aluminiowego króćca jako podstawy do przygotowania próbki do obrazowania SEM.
      UWAGA: Kikuty są czyszczone rozcieńczonym kwasem azotowym, spłukiwane etanolem, suszone i przechowywane w pojemniku pokrytym parafiną przed ponownym użyciem.
    2. Umieść nowo wycięty kawałek taśmy węglowej na płaskiej podstawie aluminiowego króćca.
    3. Za pomocą pęsety odetnij małe kawałki drutu pokrytego hb-NPG i przyklej je do taśmy węglowej.
      UWAGA: Upewnij się, że drut jest delikatnie chwycony pęsetą, aby zapobiec odpadaniu powłoki.
    4. Ułóż wycięte kawałki poziomo, aby ujawnić ich morfologię pod SEM (patrz Tabela Materiałów); kawałki ułożone pionowo mogą ujawnić grubość materiału osadzonego na złotym drucie (Rysunek 2).
      UWAGA: Jeśli elektroda ma jakąkolwiek wilgoć, komora zostanie zanieczyszczona, co spowoduje zamglenie obrazów. Dlatego przed wykonaniem obrazowania SEM należy umieścić elektrodę w próżni na noc.
  2. Konfiguracja studzienki SEM
    1. Odpowietrzyć komorę za pomocą opcji "odpowietrznik" z oprogramowania "mikroskop XT", aby łatwo otworzyć drzwi komory.
      UWAGA: Oprogramowanie "mikroskop XT" jest dostarczane z systemem SEM. Komora musi być najpierw całkowicie przewietrzona, zanim drzwi będą mogły się płynnie otworzyć, co zwykle trwa 3-5 minut. Ponadto ciśnienie butli z azotem musi być niższe niż 5 psi. Plik uzupełniający 1 zawiera zrzuty ekranu dotyczące korzystania z tego konkretnego oprogramowania.
    2. Za pomocą specjalnego zakrzywionego przodu pęsety mocno chwyć okrągły aluminiowy króciec, włóż czystą próbkę, która została wcześniej umieszczona na króćcu, do komory i umieść ją na stoliku na próbki.
      UWAGA: Upewnij się, że scena jest czysta; jeśli są jakieś rozlane płyny, usuń je acetonem i niestrzępiącą się ściereczką (patrz Tabela materiałów).
    3. Wybierz opcję "pompa" po umieszczeniu próbki w komorze, aby wytworzyć środowisko podobne do próżni.
      UWAGA: Przepompowanie komory zajmuje około 3 minut. Przed włączeniem belki użytkownik musi poczekać na zakończenie pompowania.
    4. Korzystając z kamery nawigacyjnej, kliknij obraz w czasie rzeczywistym, aby obserwować dokładną lokalizację próbki.
  3. Obrazowanie próbki
    1. Najpierw włącz wiązkę, aby przechwycić obraz próbki.
      UWAGA: Przed włączeniem belki upewnij się, że system jest odkurzony.
    2. Aby przenieść przykładowy obraz z obrazu zebranego przez kamerę nawigacyjną na środek ekranu i wyostrzyć ostrość, kliknij go dwukrotnie.
    3. Upewnij się, że obrazy są tworzone przy użyciu obrazowania za pomocą kompatybilnego oprogramowania i detektora Everhart-Thornley (ETD). Konieczna jest optymalizacja rozmiaru plamki, szybkości skanowania i potencjału.
      UWAGA: Rozpoczęcie od niższego potencjału i wielkości plamki przed przejściem w górę jest zawsze obiecujące.
    4. Dostosuj stage odległość od źródła wiązki do 10 mm.
      UWAGA: Aby precyzyjnie zmierzyć odległość między stage a źródłem; system musi być zogniskowany i połączony z osią Z.
    5. Aby dowiedzieć się więcej o architekturze, która jest obecna w niższej skali, zwiększ powiększenie po uzyskaniu ostrego obrazu przy niższym powiększeniu (Rysunek 3).
      UWAGA: Każdy poziom powiększenia wymaga ustawienia ostrości.
  4. SEM i spektroskopia dyspersji energii (EDS) do badania składu pierwiastkowego próbki
    1. Wybierając opcję koloru SEM w oprogramowaniu, określ skład pierwiastkowy materiału (Rysunek 4). Automatycznie przypisuje różne kolory do różnych elementów próbki. Możliwe jest jednak również ręczne wybieranie kolorów i elementów.
      UWAGA: Bardzo ważne jest, aby zapoznać się z tabelą analizy składu pierwiastkowego i procentami atomowymi pierwiastków, aby wykluczyć wybory, które mają atomowy procent równy 0.
    2. Poprzez włożenie detektora EDS należy poddać badaną próbkę spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii. Do zbierania danych EDS należy wykorzystać potencjał 15 kV i wielkość plamki 12.
      UWAGA: Po naciśnięciu przycisku insert, na ekranie wyświetla się włożony detektor w czasie rzeczywistym.
    3. Sprawdź, czy program umożliwia tworzenie małych ramek do wybierania dyskretnych regionów na ekranie przykładowego obrazu, w celu zebrania informacji do kompozycji pierwiastkowej.
      UWAGA: Aby uzyskać dokładne statystyki, musi istnieć od 50 do 100 000 zliczeń. Na panelu wyświetlany jest ogólny stan zebranych danych. Na zakończenie sporządzany jest raport.

6. Woltamperometria cykliczna (CV) dla powierzchni czynnej elektrochemicznie

  1. Wykonaj metodę usuwania tlenku złota, która polega na ręcznym ustawieniu ogniwa elektrochemicznego z elektrodą odniesienia, przeciwelektrodą i elektrodą roboczą zanurzonymi w elektrolicie.
    UWAGA: W niniejszym badaniu drut Pt służy jako elektroda przeciwstawna, hb-NPG jest elektrodą roboczą, a Ag / AgCl służy jako elektroda odniesienia. Kwas siarkowy 0,5 N służy jako elektrolit. Zaleca się oczyszczenie elektrody referencyjnej i przeciwelektrody w rozcieńczonym kwasie azotowym przed użyciem. Ponadto należy unikać ponownego użycia elektrolitu.
  2. Po nawiązaniu połączeń z potencjostatem należy wybrać z programu opcję CV i skonfigurować parametry. Ustal zakres potencjału od -0,2 do 1,6 V (Rysunek 5) i z powrotem do -0,2 V (w porównaniu z Ag/AgCl) wraz z szybkością skanowania 100 mV/s.
    UWAGA: Nie jest wymagane mieszanie.
  3. Kliknij przycisk uruchamiania, aby przeprowadzić skanowanie cykliczne. Upewnij się, że skanowanie wsteczne ujawnia zauważalny szczyt. Korzystając z podanego współczynnika konwersji 400 μC cm-2, zintegruj ładunek pod pikiem pochodzącym z redukcji monowarstwy tlenku złota, aby określić pole powierzchni elektrochemicznej drutu hb-NPG.
    UWAGA: Styczna musi być narysowana prawidłowo, aby prawidłowo zintegrować ładunek pod szczytem.
  4. Przeprowadź identyczny zestaw eksperymentów na drutach chemicznie przetworzonych i po połączeniu chemicznie i elektrochemicznych na drutach stopowych Au:Ag (10:90), aby zrozumieć kluczowe znaczenie procedur podwójnej separacji.

7. Technika wyczerpywania roztworu do badania obciążenia białkami

  1. Aby zbadać obciążenie cząsteczek białka w czasie rzeczywistym na powierzchni hb-NPG, należy użyć spektrofotometru w ultrafiolecie widzialnym (UV-vis) (patrz tabela materiałów).
    UWAGA: W tym badaniu roztwory białkowe fetuiny, albuminy surowicy bydlęcej (BSA) i peroksydazy chrzanowej (HRP) (patrz tabela materiałów) przygotowano oddzielnie w stężeniach odpowiednio 1 mg/ml, 0,5 mg/ml i 1 mg/ml w 0,01 M (pH = 7,4) buforze soli fizjologicznej buforowanej fosforanem (PBS). Bardzo ważne jest, aby wybrać bufor i pH, które utrzymują stabilność białka.
  2. Korekcję linii bazowej należy wykonać tylko przy użyciu bufora. Wybierz parametry oprogramowania, w tym długość fali, czas i szybkość, po wprowadzeniu poprawki. Następnie umieść 500 μl roztworu białka w kuwecie.
  3. Upewnij się, że monitorowanie białka w czasie rzeczywistym rozpoczyna się po dodaniu hb-NPG do roztworu. Monitoruj zmianę absorbancji po każdej minucie przez 120 minut przy 280 nm po naciśnięciu przycisku start (Rysunek 6).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Dostosowanie rozmiaru więzadeł oraz przerwy między więzadłami ma kluczowe znaczenie dla wytworzonej elektrody. Pierwszym krokiem w niniejszym badaniu jest stworzenie struktury z porami o dwóch różnych rozmiarach poprzez optymalizację stosunków Au/Ag, wraz z charakteryzacją morfologii powierzchni, współczynnika chropowatości oraz pojemności załadunkowej. Wykazano, że bimodalna struktura porów charakteryzuje się większą elektrochemiczną powierzchnią właściwą, wyższym współczynnikiem chropowatości oraz większą pojemnością z...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Przedstawiono sposób wytwarzania hierarchicznego NPG z porami o dwóch różnych rozmiarach i większą aktywną powierzchnią elektrochemiczną, przy zastosowaniu wieloetapowej procedury obejmującej stopowanie, częściowe odstopowanie, obróbkę termiczną oraz trawienie kwasem.

W procesie stopowania potencjał standardowy prekursorów metalicznych wpływa na ich reaktywność podczas elektrodepozycji. Jony Au i Ag z roztworów ciekłych ulegają redukcji podczas elektrodepozycji16,<...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Ta praca została wsparta nagrodą od NIGMS (GM111835).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Argon sprężony gazemFisher Scientific Compay
Albumina surowicy bydlęcej (BSA)Sigma-Aldrich (St.Louis, MO)A9418> czystość 98%
Przeciwelektroda (drut platynowy)Alfa Aesar43288-BUo średnicy 0,5 mm
Cyfrowy piec laboratoryjnyBarnstead Thermolyne 47,900F47915używany do wyżarzania w wysokich temperaturach
Potencjostat cyfrowy/galwanostatEG& G Princeton Applied Research273AOprogramowanie PowerPULSE
EtanolSigma-Aldrich (St.Louis, MO)CAS-64-17-5HPLC / spektrofotometryczny
stopień Fetuina z płodu cielęcego surowicaSigma-Aldrich (St.Louis, MO)F2379liofilizowany proszek
Rolka z drutu złotegoMikroskopia elektronowa Sciences (Fort Washington, PA)73100Średnica 0,2 mm, 10 stóp, 99,9%
Kwas solnyFisher ChemicalA144C-21236,5-38%
Nadtlenek wodoruFisher Scientific (Pittsburg, PA)CAS-7732-18-530%
chusteczek KimtechMarka naukowa, Kimberly-Clark professional34120Kwas azotowy 4,4 x 8,2 cala
Fisher Scientific (Pittsburg, PA)A2008-212śladowy stopień metalu
ParafilmBemis PM99613-374-104 CALE, x 125 STÓP.
Peroksydaza z chrzanu (HRP)Sigma-Aldrich (St.Louis, MO)9003-99-0
Rurka silikonowa PharMedNortonAY242606 1/32" Średnica wewnętrzna, 5/32" Średnica zewnętrzna, 1/16" Grubość ścianki, 25' Długość
Dicyjanoargentynian potasuSigma-Aldrich (St.Louis, MO)37916699,96%, 10 G
Dicyjanoaurat potasuSigma-Aldrich (St.Louis, MO)38986799,98%, 1 G
PowerSuite oprogramowanieEG& G Princeton Applied Researchjest dostarczany z instrumentem
Taśma PTFEFisherbrand15-078-261" szeroka 600"
długa elektroda referencyjna (Ag/AgCl)Princeton Applied Research K0265
Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) Apreo 2CThermoFisher scientificAPREO 2 SEMwyposażony w technologię Color SEM
Prostota systemu UVMillipore corporation, Boston, MA, USASIMSV00WWdo wytwarzania wody Milli-Q (18,2 MΩ cm przy 25 stopniach; C) 
Borowodorek soduSigma-Aldrich (St.Louis, MO)213462100 g
Węglan soduSigma-Aldrich (St.Louis, MO)452882klasa enzymatyczna, >99%, 100 g
Baton mieszającyFisherbrand14-512-1535 x 2 mm
Kwas siarkowyFisher Scientific (Pittsburg, PA)ACSA300C-212
oraz kuweta kwarcowa SupracilFisher Scientific (Pittsburg, PA)14-385-902CŚcieżka światła 10 mm, pojemność objętościowa 1 mL
Spektrofotometr UV-VisibleVarian Cary 50
1Certyfikat

Bibliografia

  1. Fang, M., Dong, G., Wei, R., Ho, J. C. Hierarchical nanostructures: design for sustainable water splitting. Advanced Energy Materials. 7 (23), 1700559(2017).
  2. 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).
  3. Yang, X. -Y., et al. Hierarchically porous materials: synthesis strategies and structure design. Chemical Society Reviews. 46 (2), 481-558 (2017).
  4. Qi, Z., Weissmuller, J. Hierarchical nested-network nanostructure by dealloying. ACS Nano. 7 (7), 5948-5954 (2013).
  5. Sondhi, P., Stine, K. J. Methods to generate structurally hierarchical architectures in nanoporous coinage metals. Coatings. 11 (12), 1440-1456 (2021).
  6. 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).
  7. Bollella, P. Porous gold: A new frontier for enzyme-based electrodes. Nanomaterials. 10 (4), 722-740 (2020).
  8. Khan, R. K., Yadavalli, V. K., Collinson, M. M. Flexible nanoporous gold electrodes for electroanalysis in complex matrices. ChemElectroChem. 6 (17), 4660-4665 (2019).
  9. Sondhi, P., Stine, K. J. Electrodeposition of nanoporous gold thin films. in Nanofibers-Synthesis, Properties and Applications. , 1-21 (2020).
  10. 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).
  11. Biener, J., et al. Nanoporous plasmonic metamaterials. Advanced Materials. 20 (6), 1211-1217 (2008).
  12. 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).
  13. Zhu, C., et al. Toward digitally controlled catalyst architectures: Hierarchical nanoporous gold via 3D printing. Science Advances. 4 (8), (2018).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Ciabatti, I. Gold part-ing with nitric acid in gold-silver alloys. Substantia. 3 (1), 53-60 (2019).
  18. 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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Sprostowanie


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

Tagi

Chemiczne odmetalowanieelektrochemiczne stopowaniebimodalna struktura por wskaningowa mikroskopia elektronowawoltamperometria cyklicznamodyfikacja powierzchniadsorpcja bia ekopracowywanie biosensor w
Wszechstronna technika tworzenia hierarchicznego projektu z nanoporowatego złota
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.