Name: Synteza i funkcjonalizacja kubków z nanorurek węglowych domieszkowanych azotem z nanocząstkami złota jako zatyczkami korkowymi (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-05-13T12:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 58 s
Description: Poznaj metodę syntezy hydrofilowych kubków grafitowych z nanorurek węglowych domieszkowanych azotem i ich funkcjonalizację nanocząstkami złota jako zatyczkami korkowymi. Technika ta umożliwia tworzenie nanostruktur o kontrolowanym kształcie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca została wsparta przez nagrodę NSF CAREER Award nr 0954345.

1. CVD Synteza kubków z nanorurek węglowych domieszkowanych azotem (NCNCs)
NCNC zostały zsyntetyzowane przy użyciu techniki chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) na podłożu kwarcowym przy użyciu ciekłych prekursorów (Rysunek 1A).
<ol>
	<li>Umieść rurkę kwarcową o długości 3 stóp (2.5 cm średnicy) w piecu rurowym Lindberg/Blue jako komorę reakcyjną. Umieść płytkę kwarcową (1" × 12") wewnątrz tuby jako podłoże do zbierania produktu. Uszczelnij rurkę kwarcową za pomocą domowych nasadek ze stali nierdzewnej z wbudowanymi połączeniami/rurkami do wtrysku gazu i cieczy.</li>
	<li>Przygotować roztwór ciekłego prekursora zawierającego 0,75% wag. ferrocenu, 10% wag. acetonitrylu i 89,25% wag. Przed wzrostem pobrać około 5 ml płynnego prekursora do gazoszczelnej strzykawki podłączonej do wlotu do rurki kwarcowej. Umieścić strzykawkę na pompie strzykawkowej.</li>
	<li>Zmontuj system CVD. Podłącz wszystkie wloty i wyloty gazu. Flow Ar (845 sccm) do oczyszczenia układu CVD i sprawdzenia szczelności za pomocą detektora nieszczelności cieczy Snoop. Po przedmuchiwaniu przez 20 minut włącz H2. Ustaw natężenie przepływu od H2 do 37,5 sccm i Ar za 127 sccm. Włącz piec. Ustaw temperaturę pieca na 800 °C i poczekaj, aż ustabilizuje się na poziomie 800 °C.</li>
	<li>Użyj pompy strzykawkowej, aby wstrzyknąć płynny prekursor do rurki kwarcowej. Ustaw szybkość wstrzykiwania na 9 ml/h przez 6 minut, aby wypełnić martwą objętość rurki wtryskiwacza. Następnie zmniejsz szybkość wstrzykiwania do 1 ml/godz., aby zwiększyć NCNC. Po 90 minutach wzrostu wyłącz pompę strzykawkową i przepływ gazuH2 i wyłącz piec. Utrzymuj przepływ Ar, aby utrzymać obojętną atmosferę, dopóki piec nie zostanie schłodzony do temperatury pokojowej.</li>
	<li>Odłącz wszystkie wloty i wyloty gazu oraz układ wtryskowy. Zdemontuj system CVD i wyjmij płytkę kwarcową. Użyj jednostronnej żyletki, aby odkleić folię NCNC z płytki kwarcowej. Zebrany produkt rozpuścić w etanolu. Ochrona dróg oddechowych jest konieczna, aby zapobiec wdychaniu ewentualnych materiałów węglowych, jeśli praca jest wykonywana poza wyciągiem.</li>
</ol>
2. Utlenianie zsyntetyzowanych NCNC przez mieszaninę kwasów
<ol>
	<li>Przenieść około 10 mg zsyntetyzowanych NCNC do kolby okrągłodennej o pojemności 200 ml. Dodać 7,5 ml stężonego HNO3 do kolby. Krótko poddać mieszaninę sonikacji w łaźni wodnej dla lepszej dyspersji. Następnie powoli dodawać 22,5 ml stężonegoH2SO4. (UWAGA: mieszanina mocnych kwasów jest silnie; ostrożnie należy obchodzić się z tymi kwasami z zachowaniem zabezpieczeń.) Sonikować mieszaninę reakcyjną w łaźni wodnej w temperaturze pokojowej przez 4 godziny.</li>
	<li>Rozcieńczyć mieszaninę reakcyjną 100 ml wody, schładzając ją w łaźni lodowej. Przefiltrować mieszaninę przez membranę z politetrafluoroetylenu (PTFE) o wielkości porów 220 nm za pomocą aspiratora wody.</li>
	<li>Przepłukać materiał na membranie filtracyjnej 200 ml 0,01 M roztworu NaOH w celu usunięcia wszelkich pozostałości kwaśnych produktów ubocznych. 18 Następnie przemyć 200 ml 0,01 M roztworu HCl, a następnie dużą ilością wody, aż do uzyskania neutralnego pH filtratu. Powstały materiał (utlenione NCNC) zdyspergować w wodzie (20 ml) metodą sonikacji. Otrzymana zawiesina może być przechowywana w RT do dalszych eksperymentów.</li>
</ol>
3. Fizyczna separacja NCNC za pomocą sonizacji końcówki sondy
<ol>
	<li>Przenieść zawiesinę utlenionych NCNC w wodzie do plastikowego kubka o pojemności 100 ml umieszczonego w łaźni lodowej. Napełnij plastikowy kubek wodą do oznaczenia 50 ml. Ustaw sonikator z końcówką sondy wyposażony w tytanową mikrokońcówkę o średnicy 1/4" na 60% maksymalnej wielkości (12 W). Zanurz mikrokońcówkę w środku roztworu, a następnie przetwarzaj przez 12 godzin z 30-sekundowym interwałem włączania/wyłączania. Wymieniaj lód co 30 minut, aby zapobiec przegrzaniu.</li>
	<li>Zatrzymaj sonikację. Przefiltruj zawiesinę NCNC przez membranę filtracyjną PTFE o wielkości porów 220 nm, aby usunąć wszelkie duże cząstki. Powstałe w ten sposób próbki NCNC mogą być przechowywane w RT do dalszych zastosowań.</li>
	<li>(Opcjonalnie) W ramach eksperymentu porównawczego rozproszyć kolejną próbkę zsyntetyzowanych NCNC w DMF i bezpośrednio sonikować zawiesinę za pomocą sonikacji końcówki sondy przez 12 godzin przy tych samych ustawieniach, co powyżej.</li>
</ol>
4. Analiza ilościowa grup funkcyjnych aminowych na NCNC za pomocą testu Kaisera
<ol>
	<li>Przygotować odczynnik A: zmieszać 1 g fenolu i 250 μl EtOH w 2,5 ml pirydyny, dodać 50 μl 0,01 M hydrindantynu wH2Odo mieszaniny. Przygotować odczynnik B: rozpuścić ninhydrynę (50 mg) w 1 ml EtOH.</li>
	<li>Zważyć próbki NCNC (~0,5 mg) na mikrowadze i rozprowadzić je w 1 ml 3:2 EtOH/woda w małych probówkach. Dodać 100 μl odczynnika A i 25 μl odczynnika B do zawiesiny próbki. Uszczelnić probówki parafilmami i podgrzewać mieszaninę w kąpieli olejowej o temperaturze 100 °C przez 10 minut. Przefiltrować próbkę przez filtr strzykawkowy w celu usunięcia cząstek stałych i zebrania roztworu filtratu.</li>
	<li>Pobrać widzialne widma na filtracie do analizy kolorymetrycznej z próbką ślepą wykonaną w tym samym procesie bez dodawania NCNC. Zapisać absorbancję piku wyśrodkowanego przy 570 nm i obliczyć ładunki aminowe zgodnie z prawem Beera-Lamberta.</li>
</ol>
5. Funkcjonalizacja NCNC z PNB
<ol>
	<li>Sonikować 4 ml zawiesiny wodnej zawierającej oddzielone NCNC (0,01 mg/ml) za pomocą sonikatora w łaźni wodnej przez 5 minut, aby uzyskać jednolitą dyspersję.</li>
	<li>Dodać 1 ml roztworu wodnego HAuCl4 (1 mg/ml) do zawiesiny NCNC podczas sonikacji. Następnie dodawać kroplami 250 μl 1% wag. roztworu wodnego cytrynianu trisodu. Energicznie mieszać mieszaninę reakcyjną w temperaturze 70 °C na gorącej płycie przez 2 godziny.</li>
	<li>Odwirować mieszaninę reakcyjną z prędkością 3 400 obr./min przez 15 minut. Zebrać NCNC funkcjonalizowane GNP w osadzie i przemyć wodą przez odwirowanie. Rozproszyć osad w wodzie (4 ml).</li>
</ol>

<ol><li>Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemistry+of+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Chemistry of carbon nanotubes.</a> Chem. Rev. 106 (3), 1105-1136 (2006).</li>
<li>Hilder, T. A., Hill, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+loading+and+unloading+of+drugs+into+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Modeling the loading and unloading of drugs into nanotubes.</a> Small. 5 (3), 300-308 (2009).</li>
<li>Shvedova, A. A., Kisin, E. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unusual+inflammatory+and+fibrogenic+pulmonary+responses+to+single-walled+carbon+nanotubes+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physiology+-+Lung+Cellular+and+Molecular+Physiology%22%5BJournal%5D)">Unusual inflammatory and fibrogenic pulmonary responses to single-walled carbon nanotubes in mice.</a> American Journal of Physiology - Lung Cellular and Molecular Physiology. 289 (5), L698-L708 (2005).</li>
<li>Jia, G., Wang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cytotoxicity+of+carbon+nanomaterials%3A+Single-wall+nanotube%2C+multi-wall+nanotube%2C+and+fullerene%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Cytotoxicity of carbon nanomaterials: Single-wall nanotube, multi-wall nanotube, and fullerene.</a> Environmental Science & Technology. 39 (5), 1378-1383 (2005).</li>
<li>Carrero-Sánchez, J. C., Elías, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biocompatibility+and+toxicological+studies+of+carbon+nanotubes+doped+with+nitrogen%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Biocompatibility and toxicological studies of carbon nanotubes doped with nitrogen.</a> Nano Lett. 6 (8), 1609-1616 (2006).</li>
<li>Zhao, M. L., Li, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differences+in+cytocompatibility+and+hemocompatibility+between+carbon+nanotubes+and+nitrogen-doped+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Differences in cytocompatibility and hemocompatibility between carbon nanotubes and nitrogen-doped carbon nanotubes.</a> Carbon. 49 (9), 3125-3133 (2011).</li>
<li>Allen, B. L., Kichambare, P. D., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis%2C+characterization%2C+and+manipulation+of+nitrogen-doped+carbon+nanotube+cups%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Synthesis, characterization, and manipulation of nitrogen-doped carbon nanotube cups.</a> ACS Nano. 2 (9), 1914-1920 (2008).</li>
<li>Zhao, Y., Tang, Y., Chen, Y., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Corking+carbon+nanotube+cups+with+gold+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Corking carbon nanotube cups with gold nanoparticles.</a> ACS Nano. 6 (8), 6912-6921 (2012).</li>
<li>Stephan, O., Ajayan, P. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doping+graphitic+and+carbon+nanotube+structures+with+boron+and+nitrogen%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Doping graphitic and carbon nanotube structures with boron and nitrogen.</a> Science. 266 (5191), 1683-1685 (1994).</li>
<li>Suenaga, K., Johansson, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+nitride+nanotubulite+-+densely-packed+and+well-aligned+tubular+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Carbon nitride nanotubulite - densely-packed and well-aligned tubular nanostructures.</a> Chem. Phys. Lett. 300 (5-6), 695-700 (1999).</li>
<li>Chen, H., Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synergism+of+C5N+six-membered+ring+and+vapor-liquid-solid+growth+of+CNx+nanotubes+with+pyridine+precursor%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Synergism of C5N six-membered ring and vapor-liquid-solid growth of CNx nanotubes with pyridine precursor.</a> J. Phys. Chem. B. 110 (33), 16422-16427 (2006).</li>
<li>Allen, B. L., Keddie, M. B., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+the+volumetric+parameters+of+nitrogen-doped+carbon+nanotube+cups%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Controlling the volumetric parameters of nitrogen-doped carbon nanotube cups.</a> Nanoscale. 2 (7), 1105-1108 (2010).</li>
<li>Liu, J., Rinzler, A. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fullerene+pipes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Fullerene pipes.</a> Science. 280 (5367), 1253-1256 (1998).</li>
<li>Zhao, Y., Allen, B. L., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enzymatic+degradation+of+multiwalled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+A%22%5BJournal%5D)">Enzymatic degradation of multiwalled carbon nanotubes.</a> J. Phys. Chem. A. 115 (34), 9536-9544 (2011).</li>
<li>Wang, Y., Bai, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-yield+preparation+of+individual+nitrogen-containing+carbon+nanobells%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Lett%22%5BJournal%5D)">High-yield preparation of individual nitrogen-containing carbon nanobells.</a> Mater. Lett. 63 (2), 206-208 (2009).</li>
<li>Heller, D. A., Mayrhofer, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concomitant+length+and+diameter+separation+of+single-walled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Concomitant length and diameter separation of single-walled carbon nanotubes.</a> J. Am. Chem. Soc. 126 (44), 14567-14573 (2004).</li>
<li>Allen, B. L., Shade, C. M., Yingling, A. M., Petoud, S., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphitic+nanocapsules%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Graphitic nanocapsules.</a> Adv. Mater. 21 (46), 4692-4695 (2009).</li>
<li>Wang, Z., Shirley, M. D., Meikle, S. T., Whitby, R. L. D., Mikhalovsky, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+surface+acidity+of+acid+oxidised+multi-walled+carbon+nanotubes+and+the+influence+of+in-situ+generated+fulvic+acids+on+their+stability+in+aqueous+dispersions%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">The surface acidity of acid oxidised multi-walled carbon nanotubes and the influence of in-situ generated fulvic acids on their stability in aqueous dispersions.</a> Carbon. 47 (1), 73-79 (2009).</li>
<li>Liu, H., Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+and+morphological+control+of+aligned+nitrogen-doped+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Structural and morphological control of aligned nitrogen-doped carbon nanotubes.</a> Carbon. 48 (5), 1498-1507 (2010).</li>
<li>Mandumpal, J., Gemming, S., Seifert, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Curvature+effects+of+nitrogen+on+graphitic+sheets%3A+structures+and+energetics%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Curvature effects of nitrogen on graphitic sheets: structures and energetics.</a> Chem. Phys. Lett. 447 (1-3), 115-120 (2007).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów finansowych.

Głównym celem naszych eksperymentów było efektywne wyprodukowanie nanokubków grafitowych z nanorurek węglowych domieszkowanych azotem. Jednak domieszkowanie azotem w syntezie CVD nie gwarantuje powstania ułożonej struktury w kształcie miseczki. W zależności od składu chemicznego prekursora i innych warunków wzrostu, morfologia otrzymanego produktu może się znacznie różnić. 19 Stężenie źródła azotu jest podstawowym czynnikiem wpływającym na strukturę, ponieważ struktura przedziałowa wynika z niezgodności atomów...

Dzięki swoim wewnętrznym wnękom i wszechstronnej chemii powierzchni, nanomateriały na bazie pustego węgla, takie jak nanorurki węglowe (CNT), są uważane za dobre nanonośniki w zastosowaniach związanych z dostarczaniem leków. 1,2 Jednak struktura fibrylowa dziewiczych CNT ma raczej niedostępne puste wnętrza i może powodować ciężką reakcję zapalną i działanie cytotoksyczne w systemach biologicznych. Z drugiej strony stwierdzono, że 3,4 CNT domieszkowane azotem mają wyższą biokompatybilność niż nieoczyszczone wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT)5,6 i mogą mieć lepszą wydajność dostarczania leków. Domieszkowanie atomów azotu w sieciach grafitowych nanorurek powoduje powstanie pustej struktury przypominającej ułożone w stos kubki, które można oddzielić w celu uzyskania pojedynczych kubków z nanorurek węglowych domieszkowanych azotem (NCNC) o typowej długości poniżej 200 nm. 7,8 Dzięki łatwo dostępnym wnętrzom i funkcjom azotu, które pozwalają na dalszą funkcjonalizację chemiczną, te indywidualne kubki grafitowe są bardzo korzystne w zastosowaniach związanych z dostarczaniem leków.
Wśród różnych metod syntezy CNT domieszkowanych azotem, w tym rozpylania magnetronowego9 i rozpylania magnetronowego prądem stałym,10 najbardziej rozpowszechnioną metodą jest chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) ze względu na kilka zalet, takich jak wyższa wydajność i łatwiejsza kontrola nad warunkami wzrostu nanorurek. Mechanizm wzrostu para-ciecz-ciało stałe (VLS) jest powszechnie stosowany do zrozumienia procesu wzrostu CVD CNT domieszkowanych azotem.11 Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwa różne schematy wykorzystania nasion katalizatora metalowego we wzroście. W schemacie "ze złożem stałym" nanocząstki żelaza o określonych rozmiarach zostały najpierw zsyntetyzowane przez termiczny rozkład pentakarbonylu żelaza, a następnie posiane na szkiełkach kwarcowych przez powlekanie spinowe w celu późniejszego wzrostu CVD. 12 W schemacie "pływającego katalizatora" katalizator żelazowy (zwykle ferrocen) mieszano i wstrzykiwano z prekursorami węgla i azotu, a rozkład termiczny ferrocenu zapewniał wytwarzanie in situ katalitycznych nanocząstek żelaza, na których osadzono prekursory węgla i azotu. Podczas gdy katalizator ze złożem stałym zapewnia lepszą kontrolę wielkości nad powstałymi NCNC, wydajność produktu jest zwykle niższa (<1 mg) w porównaniu ze schematem katalizatora pływającego (>5 mg) dla tej samej ilości prekursora i czasu wzrostu. Ponieważ schemat pływającego katalizatora zapewnia również dość równomierny rozkład wielkości NCNC, został on przyjęty w tym artykule do syntezy CVD NCNC.
Metoda CVD pozwala na zsyntetyzowane NCNC, które wykazują morfologię włókien składającą się z wielu ułożonych w stos miseczek. Chociaż nie ma wiązań chemicznych między sąsiednimi bańkami,8 wyzwaniem pozostaje skuteczna izolacja poszczególnych bańek, ponieważ są one mocno osadzone w swoich jamach i utrzymywane przez wiele oddziaływań niekowalencyjnych i zewnętrzną warstwę amorficznego węgla. 8 Próby rozdzielenia ułożonych w stos kubków obejmują zarówno metody chemiczne, jak i fizyczne. Podczas gdy utlenianie w mieszaninie mocnych kwasów jest typową procedurą cięcia CNT i wprowadzania funkcji tlenowych,13,14 można ją również stosować do cięcia NCNC na krótsze odcinki. Wykazano również, że procedury trawienia plazmą mikrofalową oddzielają NCNC.15 W porównaniu z podejściami chemicznymi, separacja fizyczna jest prostsza. Nasze poprzednie badanie wykazało, że po prostu mieląc moździerz i tłuczek, poszczególne NCNC można częściowo odizolować od ich ułożonej w stos struktury. 7 Ponadto wykazano, że sonikacja końcówki sondy o wysokiej intensywności, która, jak stwierdzono, skutecznie przecina jednościenne nanorurki węglowe (SWCNT),16 ma również znaczący wpływ na separację NCNC.8 Sonikacja końcówki sondy dostarcza do roztworu NCNC moc ultradźwiękową o wysokiej intensywności, która zasadniczo "potrząsa" ułożonymi w stos kubkami i zakłóca słabe interakcje, które utrzymują kubki razem. Podczas gdy inne metody separacji potencjałów są albo nieefektywne, albo destrukcyjne dla struktury kubka, sonikacja końcówki sondy zapewnia wysoce skuteczną, opłacalną i mniej destrukcyjną metodę separacji fizycznej w celu uzyskania indywidualnych kubków grafitowych.
Zsyntetyzowane NCNC fibrylowe zostały najpierw potraktowane stężoną mieszaniną kwasu H2SO4/HNO3 przed ich rozdzieleniem za pomocą sonikacji końcówki sondy. Powstałe w ten sposób oddzielone NCNC były wysoce hydrofilowe i skutecznie rozproszone w wodzie. Wcześniej zidentyfikowaliśmy funkcje azotu, takie jak grupy aminowe na NCNC i wykorzystaliśmy ich reaktywność chemiczną do funkcjonalizacji NCNC. 7,8,17 W porównaniu z naszą poprzednio opisaną metodą korkowania NCNC komercyjnymi nanocząstkami,8 w tej pracy, nanocząstki złota (GNP) zostały skutecznie zakotwiczone na powierzchni bańek poprzez redukcję cytrynianu z kwasu chloroaurowego. Ze względu na preferencyjny rozkład funkcji azotu na otwartych obrzeżach NCNC, PNB zsyntetyzowane in situ z prekursorów złota miały tendencję do lepszej interakcji z otwartymi krawędziami i tworzenia "zatyczek korkowych" GNP na miseczkach. Takie metody syntezy i funkcjonalizacji zaowocowały opracowaniem nowatorskiego hybrydowego nanomateriału GNP-NCNC do potencjalnych zastosowań jako nośniki leków.

<table><tbody><tr><td colspan="4"><silne>odczynniki</td></tr><tr><td>H2</td><td>Valley National Gases</td><td>Grade 5.0</td><td></td></tr><tr><td>Ar</td><td>Valley National Gases</td><td>Grade 5.0</td><td></td></tr><tr><td>Ferrocene</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F408-500G</td><td></td></tr><tr><td>Xylenes</td><td>Fisher Scientific</td><td>X5-500</td><td></td></tr><tr><td>Acetonitryl</td><td>EMD</td><td>AXO149-6</td><td></td></tr><tr><td>H2SO4</td><td>Fisher Scientific</td><td>A300-500</td><td></td></tr><tr><td>HNO3</td><td>EMD</td><td>NX0409-2</td><td></td></tr><tr><td>DMF</td><td>Fisher Scientific</td><td>D119-500</td><td></td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Decon</td><td>2716</td><td></td></tr><tr><td>Fenol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P1037-100G</td><td></td></tr><tr><td>Pirydyna</td><td>EMD</td><td>PX2020-6</td><td></td></tr><tr><td>Hydridantin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H2003-10G</td><td></td></tr><tr><td>Ninhydrin </td><td>Alfa Aesar</td><td>43846</td><td></td></tr><tr><td>HAuCl4</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>52918-1G</td><td></td></tr><tr><td>Cytrynian sodu</td><td>SAFC</td><td>W302600</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Equipment</td></tr><tr><td>CVD Piec</td><td>Lindberg/Blue</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TEM (niska rozdzielczość)</td><td>FEI Morgagni</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TEM (wysoka rozdzielczość)</td><td>JOEL</td><td>2100F</td><td></td></tr><tr><td>Sonikator z końcówką sondy</td><td>Qsonica</td><td>XL-2000</td><td></td></tr><tr><td>Spektrometr UV-Vis</td><td>Perkin-Elmer</td><td>Lambda 900</td><td></td></tr><tr><td>Analizator potencjału Zeta</td><td>Brookheaven</td><td>ZetaPlus</td><td></td></tr><tr><td>Spektroskopia EDX</td><td>Phillips</td><td>XL30 FEG</td><td></td></tr></tbody></table>

synteza i funkcjonalizacja kubków z nanorurek węglowych domieszkowanych azotem z nanocząstkami złota jako zatyczkami korkowymi

Synthesis and Functionalization of Nitrogen-doped Carbon Nanotube Cups with Gold Nanoparticles as Cork Stoppers

Nanorurki węglowe domieszkowane azotem składają się z wielu grafitowych przedziałów w kształcie miseczek, określanych jako kubki z nanorurek węglowych domieszkowanych azotem (NCNC). Te zsyntetyzowane nanokubki grafitowe metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) zostały ułożone w stos w sposób od głowy do ogona, utrzymywane wyłącznie przez oddziaływania niekowalencyjne. Poszczególne NCNC można wyizolować ze swojej struktury układania w stosy poprzez szereg procesów separacji chemicznej i fizycznej. Po pierwsze, zsyntetyzowane NCNC utleniono w mieszaninie mocnych kwasów w celu wprowadzenia defektów zawierających tlen na ściankach grafitu. Utlenione NCNC zostały następnie przetworzone za pomocą sonikacji końcówki sondy o wysokiej intensywności, która skutecznie rozdzieliła ułożone w stos NCNC na pojedyncze grafitowe nanokubki. Ze względu na obfite funkcje powierzchniowe tlenu i azotu, powstałe poszczególne NCNC są wysoce hydrofilowe i mogą być skutecznie funkcjonalizowane za pomocą nanocząstek złota (GNP), które preferencyjnie mieszczą się w otworze kubków jako zatyczki korkowe. Te grafitowe nanokubki zakorkowane GNP mogą znaleźć obiecujące zastosowania jako nanopojemniki i nośniki leków.

Syntetyzowane NCNC otrzymane w procesie wzrostu CVD pojawiły się w postaci czarnej warstwy materiału na podłożu kwarcowym. Grube filmy NCNC o masie kilku mg uzyskano poprzez odrywanie za pomocą żyletki (Rycina 1B). Obrazy TEM przedstawiają morfologię syntetyzowanych NCNC przy różnych powiększeniach (Rycina 1). Przy mniejszym powiększeniu (Rycina 1C) wszystkie syntetyzowane NCNC wykazały strukturę włóknistą o typowej długości kilku mikrometrów i średnicy 20 - 30 nm. W prz...

Dyskutowaliśmy o syntezie pojedynczych nanokubków grafitowych za pomocą szeregu technik, w tym chemicznego osadzania z fazy gazowej, utleniania kwasem i sonikacji końcówki sondy. Poprzez redukcję HAuCl4 za pomocą cytrynianu, grafitowe nanokubki zostały skutecznie zakorkowane nanocząstkami złota ze względu na chemicznie reaktywne krawędzie bańek.

Synteza i funkcjonalizacja kubków z nanorurek węglowych domieszkowanych azotem z nanocząstkami złota jako zatyczkami korkowymi

Nitrogen-doped carbon  nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as  nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs).  These ...

Ogólnym celem następującego eksperymentu jest synteza poszczególnych hydrofilowych grafitowych nanokubków wyizolowanych z domieszkowanych azotem nanorurek węglowych oraz ich funkcjonalizacja nanocząsteczkami złota pełniącymi rolę korków. Cel ten osiąga się najpierw poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej w celu syntezy domieszkowanych azotem nanorurek węglowych składających się ze stosów nanokubków. W drugim kroku stosy nanokubków poddaje się utlenianiu silnymi kwasami, a sporadycznie działaniu końcówek sondy, co skutecznie izoluje poszczególne nanokubki z ich stosów.Następnie złote nanocząstki syntetyzuje się poprzez redukcję kwasu chlorozłotowego cytrynianem sodu w obecności wyizolowanych nanokielichów, aby zakorkować ich otwory. Wyniki uzyskane dzięki charakterystyce za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej oraz spektroskopii UV-vis wykazują, że złote nanocząstki skutecznie zakorkowują otwory nanokielichów. Pomysł oddzielenia i zakorkowania końcówek rurek węglowych pojawił się po analizie obrazów z transmisyjnego mikroskopu elektronowego rurek węglowych domieszkowanych azotem, gdzie zauważono, że składają się one z pojedynczych segmentów w kształcie kielichów. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie nanonauki i nanotechnologii, takie jak badanie właściwości nanostruktur o kontrolowanym kształcie i funkcjonalnościach.Zastosowanie tej techniki rozciąga się na wytwarzanie nanokontenerów oraz nośników dostarczania leków, ponieważ nanokielichy posiadają unikalny kształt i bardziej wszechstronne funkcjonalności w porównaniu z innymi nanomateriałami. Aby rozpocząć syntezę, umieść kwarcową płytkę o wymiarach jednej cala na 12 cali wewnątrz kwarcowej rurki o długości trzech stóp i średnicy wewnętrznej jednego cala. Następnie uszczelnij rurkę kwarcową za pomocą stalowych zaślepek z wbudowanymi przyłączami do wtryskiwania gazów i cieczy.Umieść rurkę kwarcową w niebieskiej rurce Lindberga. Następnie przygotuj roztwór ciekłego prekursora zawierający żelazo, acetonitryl i ksyleny. Pobierz około 5 ml ciekłego prekursora do strzykawki szczelnej dla gazów.Umieść strzykawkę w pompie strzykawkowej i podłącz ją do wlotu rurki kwarcowej. Następnie złóż układ CVD, podłączając wszystkie wloty i wyloty gazów. Przepuść przez układ argon w ilości 845 standard cubic centimeters per minute przez 20 minut w celu przedmuchania układu, a po zakończeniu procesu sprawdź szczelność układu.Wprowadzić przepływ wodoru cząsteczkowego z prędkością 37,5 standard cubic centimeters per minute i ustawić przepływ argonu na 127 standard cubic centimeters per minute. Włączyć piec i ustawić jego temperaturę na 800 °C, gdy zostanie ona ustabilizowana. Ustawić szybkość wtrysku pompy strzykawkowej na 9 mL per hour przez sześć minut.Po sześciu minutach ustaw prędkość wtryskiwania na 1 ml/h w celu wzrostu czarek z nanorurek węglowych domieszkowanych azotem. Po 90 minutach wzrostu wyłącz pompę strzykawkową oraz przepływ wodoru i wyłącz piec. Kontynuuj przepływ argonu w celu utrzymania atmosfery wewnętrznej, aż piec ochłonie do temperatury pokojowej.Gdy system osiągnie temperaturę pokojową, odłącz wszystkie wloty i wyloty gazów oraz system wtryskowy, pracując pod wyciągiem lub stosując ochronę dróg oddechowych. Rozmontuj system CVD i wyjmij płytkę kwarcową. Używając jednostronnego ostrza żyletki, ostrożnie oddziel warstwę nanorurek węglowych domieszkowanych azotem od płytki.Przenieść błonę za pomocą pęsety i pistoletu antystatycznego w celu rozproszenia w etanolu do procesu utleniania. Najpierw należy podjąć środki ostrożności w celu bezpiecznego obchodzenia się z silnie żrącymi cieczami. Przenieść około 10 mg zsyntetyzowanych NC NCS do kolby okrągłodennej o pojemności 200 ml.Do kolby dodać 7,5 ml stężonego kwasu azotowego. Mieszaninę krótko poddać sonikacji w kąpieli wodnej w celu lepszej dyspersji. Następnie powoli dodać 22,5 ml stężonego kwasu siarkowego, a mieszaninę reakcyjną w kąpieli wodnej w temperaturze pokojowej sonikować przez cztery godziny.Następnie rozcieńcz mieszaninę reakcyjną 100 mililitrami wody i umieść ją w kąpieli lodowej. Po ochłodzeniu mieszaniny do temperatury pokojowej przefiltruj ją za pomocą aspiratora wodnego przez membranę z POLYTETRAFLUOROETYLENU lub PTFE o rozmiarze porów 220 nanometrów. Materiał na membranie filtrującej przemyj 200 mililitrami 0,01 molowego wodorotlenku sodu, aby usunąć wszelkie kwaśne produkty uboczne.Następnie przemyj materiał 200 mililitrami 0,01 molarnego roztworu chlorowodoru. Potem przemywaj materiał wodą, aż filtrat osiągnie neutralne pH. Na koniec umieść utleniony NC NCS w 50 mililitrach wody.Poddaj mieszaninę sonikacji, aby zdyspergować materiał. Powstałą zawiesinę, po typowo pięciominutowej obróbce, można przechowywać w temperaturze pokojowej do czasu przeprowadzenia doświadczeń. Aby oddzielić NC ncs, przelej zawiesinę utlenionego materiału w wodzie do plastikowego kubka o pojemności 100 ml umieszczonego w kąpieli lodowej.Napełnij plastikowy kubek wodą do poziomu 50 ml. Wyposaż końcówkę sondy atora w tytanową mikrokońcówkę o średnicy 1/4 cala i ustaw ją na 60% maksymalnej amplitudy. Zanurz mikrokońcówkę w centrum roztworu i prowadź proces przez 12 godzin z 32-sekundowym odstępem włącz/wyłącz.Wymieniaj lód co 30 minut, aby zapobiec przegrzaniu. Po 12 godzinach przerwij sonikację. Przefiltruj zawiesinę NC NC przez membranę filtrującą z PTFE o rozmiarze porów 220 nanometrów, aby usunąć wszelkie duże cząstki. Otrzymane próbki NC NC można ponownie przechowywać w temperaturze pokojowej do dalszych zastosowań.Analizę rozpoczyna się od przygotowania dwóch odczynników: odczynnika A oraz odczynnika B. Odczynnik A zawiera fenol, etanol purynowy oraz hydrant daninę w wodzie. Odczynnik B to hyran rozpuszczony w etanolu.Napełnić małe probówki 600 µL etanolu. Do każdej z probówek dodać 400 µL roztworu NC NNC lub 400 µL wody jako kontroli. Do probówek dodać 100 µL odczynnika A i 25 µL odczynnika B.Uszczelnij probówki za pomocą parafiny i podgrzewaj je w kąpieli olejowej o temperaturze 100 °C przez 10 minut. Przefiltruj próbkę przez filtr strzykawkowy, aby usunąć cząstki stałe, a następnie zbierz roztwór filtrate do analizy. Wykonaj widma widzialne filtratów z dodatkiem i bez dodatku NC NCS, a następnie zastosuj kolorymetrię.Zapisz absorbancję piku z maksimum przy 570 nanometrach w celu zastosowania prawa Beer-Lambert do obliczenia ilości amin niezbędnych do wprowadzenia cząsteczek złota do NC ncs. Rozpocznij od czterech mililitrów zawiesiny wodnej zawierającej oddzielone NC NCS o stężeniu 0,01 miligrama na mililitr.Poddaj zawiesinę sonikacji w kąpieli wodnej przez pięć minut. W ciągu ostatniej minuty sonikacji dodaj 1 mL roztworu wodnego kwasu chlorowcowego o stężeniu 1 mg/mL.Po zakończeniu operacji umieścić roztwór na mieszalce magnetycznej z podgrzewaniem w temperaturze 70 °C. Kroplami dodać 250 µL 1% wagowo wodnego roztworu cytrynianu sodu. Energicznie mieszać mieszaninę reakcyjną na płycie grzejnej przez dwie godziny.Następnie odwiruj mieszaninę reakcyjną przy 3 400 RPM przez 15 minut. Potem usuń nadosad, aby pozostawić osad zawierający NC NCS funkcjonalizowane nanocząsteczkami złota; zawieś osad w czterech mililitrach wody i ponownie odwiruj. Mikroskopia elektronowa w trybie transmisyjnym ukazuje włóknistą strukturę nanorurek domieszkowanych azotem, o typowej długości kilku mikronów i średnicach od 20 do 30 nanometrów.Obrazy o wyższej rozdzielczości ukazują nanorurkowe kubki ułożone jeden na drugim. Tutaj obrazy z transmisyjnego mikroskopu elektronowego przedstawiają NC NCS po utlenianiu kwasowym. Proces utleniania pociął włókna na fragmenty o długości jednego mikrona, ale dzięki temu, że kubki IC wciąż pozostają ułożone po zastosowaniu końcówek sondy, sonikacji i filtracji, NC NCS pojawiają się jako pojedyncze kubki o długości mniejszej niż 200 nanometrów.Proces utleniania prowadzi do zmiany potencjału zeta NC NCS z dodatniego na ujemny. Jak pokazano po lewej stronie, wykres po prawej wskazuje, że zgodnie z testem Kaisera grupy aminowe właściwe dla NC NCS nie uległy zmianie, co widać po lewej stronie. Po funkcjonalizacji NC NCS nanocząstkami złota, prawie wszystkie NC NCS nabyły jedną.Wiele nanocząsteczek złota utworzyło korki w probówkach, co pokazano tutaj po prawej stronie. Zdjęcie wstawkowe przedstawia różnicę w kolorze po wirowaniu pomiędzy wolnymi nanocząsteczkami złota z nadkładziny po lewej stronie a nanocząsteczkami złota na NNC NCS po prawej stronie. Bardziej fioletowy kolor odpowiada przesunięciu w stronę czerwieni pasma powierzchniowego rezonansu plazmonowego złota w widmie widzialnym, co widać w danych.Po opanowaniu, technika ta może zostać przeprowadzona w ciągu jednego dnia, jeśli jest wykonywana prawidłowo. Należy pamiętać, że praca z nanomateriałami węglowymi może być niebezpieczna i podczas wykonywania tej procedury należy stosować środki ostrożności, takie jak maski z filtrem. Po opracowaniu, technika ta utorowała drogę badaczom w dziedzinie nanonauki, a w szczególności nanomedycyny, do badania zastosowań tych funkcjonalnych nanonośników w terapii celowanej i kontrolowanym uwalnianiu leków.

synthesis-functionalization-nitrogen-doped-carbon-nanotube-cups-with

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Synteza i funkcjonalizacja miseczek z węglików azotowych z nanocząsteczkami złota jako korków

Nanorurki złota o kontrolowanych wymiarach mogą być syntetyzowane przez elektrochemiczne osadzanie w porowatych membranach z anodowego tlenku glinu (AAO) przy użyciu hydrofobowego rdzenia polimerowego. Złote nanorurki i matryce nanorurek są obiecujące pod kątem zastosowań w biodetekcji plazmonicznej, spektroskopii Ramana wzmocnionej powierzchniowo, ogrzewaniu fototermicznym, transporcie jonowym i molekularnym, mikrofluidyce, katalizie i wykrywaniu elektrochemicznym.

Ukierunkowana synteza matrycowa plazmonicznych nanorurek złota z przestrajalną absorbancją IR

Tutaj prezentujemy protokół z procesem zol-żel do syntezy złota interkalowanego w ściankach materiałów mezoporowatych (GMS), który potwierdza, że posiada mezoporowatą matrycę ze złotem interkalowanym w ściankach, co zapewnia dużą stabilność i możliwość recyklingu.

Synteza i wydajność katalityczna złota interkalowanego w ściankach mezoporowatej krzemionki

Przeprowadzana jest synteza jednolitych nanocząstek złota pokrytych półprzewodnikowymi powłokami CdS lub ZnS. Powłoka półprzewodnikowa jest przeprowadzana przez pierwsze osadzenie powłoki siarczku srebra i wymianę kationów srebra na kationy lub kadmu.

Synteza, charakterystyka i funkcjonalizacja hybrydowych nanocząstek rdzenia/powłoki Au/CdS i Au/ZnS

Przedstawiono metodę funkcjonalizacji nanorurek węglowych z polimerowymi warstwami enkapsulacyjnymi o zmiennej strukturze oraz charakterystyki strukturalnej za pomocą rozpraszania neutronów pod małym kątem.

Funkcjonalizacja jednościennych nanorurek węglowych z termoodwracalnymi kopolimerami blokowymi i charakterystyka za pomocą rozpraszania neutronów pod małym kątem

Pokazujemy wytwarzanie okresowych matryc nanokubków złotych za pomocą technik litograficznych koloidalnych i omawiamy znaczenie warstw nanoplazmonowych.

Wytwarzanie okresowych matryc złotych nanokubków przy użyciu litografii koloidalnej

Opisujemy metodę syntezy biokompatybilnych nanocząsteczek złota 10 nm, funkcjonalizowanych przez powlekanie powierzchni glikolu polietylenowego. Cząstki te mogą być wykorzystywane in vitro i in vivo do dostarczania środków terapeutycznych do nanoskalowych przestrzeni komórkowych i zewnątrzkomórkowych, które są trudno dostępne przy konwencjonalnych rozmiarach nanocząstek.

Synteza funkcjonalizowanych cząstek złota pokrytych polimerem 10 nm do celowania w śródbłonek i dostarczania leków

Amfifilowe nanocząstki złota mogą być używane w wielu zastosowaniach biologicznych. Przedstawiono protokół syntezy nanocząstek złota pokrytych binarną mieszaniną ligandów oraz szczegółową charakterystykę tych cząstek.

Synteza i charakterystyka amfifilowych nanocząstek złota

To badanie przedstawia wykonalną procedurę syntezy złotych nanolasów dendrytycznych na podłożach z azotku tytanu/krzemu. Grubość nanolasów dendrytycznych złota wzrasta liniowo w ciągu 15 minut od reakcji syntezy.

Wzrost złotych nanolasów dendrytycznych na podłożach krzemowych pokrytych azotkiem tytanu

Połączenie syntezy wspomaganej roztworem i powierzchniowo otwiera nowe kierunki w atomowo precyzyjnej syntezie nanostruktur. Skaningowa mikroskopia tunelowa (STM) uzupełniona o bezkontaktową mikroskopię sił atomowych (nc-AFM) umożliwia szczegółową charakterystykę nowo zaprojektowanych i wygenerowanych nanoobiektów na bazie węgla.

Mikroskopowa wizualizacja porowatych nanografenów zsyntetyzowanych przez połączenie roztworu i chemii powierzchniowej

Przedstawiono protokół syntezy nanocząstek złota o średnicy ~12 nm (nanocząstek Au) w rozpuszczalniku organicznym. Nanocząstki złota są pokryte ligandami oleiloaminy, aby zapobiec aglomeracji. Nanocząstki złota są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych, takich jak toluen.

Synteza nanocząstek złota

Tutaj prezentujemy protokół syntezy nanocząstek Co na nanorurkach węglowych z domieszkami Co- i N- do produkcji wodoru.

Synteza nanocząstek metali na nanorurkach węglowych z domieszkowanymi atomami Co i N oraz jej katalityczne zastosowania w produkcji wodoru

Poznaj metodę syntezy hydrofilowych kubków grafitowych z nanorurek węglowych domieszkowanych azotem i ich funkcjonalizację nanocząstkami złota jako zatyczkami korkowymi. Technika ta umożliwia tworzenie nanostruktur o kontrolowanym kształcie.

Synteza i funkcjonalizacja kubków z nanorurek węglowych domieszkowanych azotem z nanocząstkami złota jako zatyczkami korkowymi

Przeglądaj więcej filmów