Ukierunkowana synteza matrycowa plazmonicznych nanorurek złota z przestrajalną absorbancją IR

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.

Ogólnym celem tej procedury jest synteza zawieszonych w roztworze plazmonicznych nanorurek złota o przestrajalnej absorbancji podczerwieni. Osiąga się to poprzez osadzanie metali nieszlachetnych przez pierwsze elektrody w porach membran Ö, które służą jako substraty protektorowe do podtrzymywania nanorurek złota. Drugim krokiem jest elektropolimeryzacja hydrofobowego rdzenia polimerowego, który służy jako rdzeń dla złotej nanorurki do osadzania się.

Następnie złota powłoka jest elektrodą osadzoną wokół hydrofobowego rdzenia polimerowego. Ostatnim krokiem jest wytrawienie metali nieszlachetnych i membrany rdzenia polimerowego protektorowego, uwalnianie nanorurek złota do nanorurek ze złota w roztworze, wykazujących przestrajalne absorbancje plazmoniczne w podczerwieni, które mogą być stosowane w różnych dziedzinach, w tym w biodetekcji, fotowoltaice lub optyce. Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami, takimi jak reakcje wymiany avan i galwanizacja, jest to, że jesteśmy w stanie zsyntetyzować nieporowate roztwory, wiszące nanorurki złota o silnych absorbancjach w zakresie widzialnym i podczerwonym.

Korzystając z naszej procedury, jesteśmy w stanie kontrolować długość oraz wewnętrzną i zewnętrzną średnicę nanorurek, co pozwala nam dostroić absorbancję podczerwieni. Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku biodetekcji optycznej ze względu na wrażliwość absorbentu plazmonicznego na współczynnik załamania światła otaczający nanostrukturę. Zimne nanorurki mogą być również stosowane jako podłoża do transportu selektywnego trwałej mikrofluidyki, terapii fototermicznej i ogniw fotowoltaicznych.

Synteza i badanie nanorurek ze złota może dostarczyć informacji na temat tego, w jaki sposób puste w środku nanostruktury mogą zwiększać czułość biosensorów plazmonicznych na współczynnik załamania światła. Wizualna reprezentacja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ jest ona wysoce multidyscyplinarna, obejmująca dostosowany sprzęt i szereg technik, które nie są odpowiednio opisane w pisemnych instrukcjach. Aby rozpocząć tę procedurę, zabezpiecz podłoże membrany anodowej z tlenku glinu górną stroną do góry na szklanej płytce za pomocą dwustronnego kleju.

Ważne jest, aby zminimalizować powierzchnię membrany stykającą się z klejem, ponieważ zatka on pory. Następnie umieść szklaną płytkę w uchwycie podłoża metalowego parownika. Zamknij komorę i opróżnij komorę do temperatury poniżej 1,0 E minus sześć torów Za pomocą źródła rezystancyjnego odparuj granulki srebra na podłoże z szybkością 0,8 angstrema na sekundę, aż do osiągnięcia grubości warstwy 100 nanometrów.

Następnie zwiększ szybkość parowania do 1,5 angstrema na sekundę, aż do osiągnięcia końcowej grubości 250 nanometrów. Po zakończeniu usunąć próbkę z parownika. Zwilż bawełniany wacik chlorometanem i użyj go do rozpuszczenia kleju w celu uwolnienia membrany.

Wszystkie etapy osadzania elektrycznego odbywają się w niestandardowym, dwuczęściowym teflonowym ogniwie elektrochemicznym z otwartą powierzchnią, ogniwie, jak opisano przez Bana Holzera. Etal jest przeznaczony do utrzymywania membran w kontakcie z przewodzącą folią, która służy jako elektroda robocza. Aby rozpocząć osadzanie miedzi i niklu, wyczyść ogniwo teflonowe, płucząc je przez 10 sekund, trzykrotnie acetonem i etanolem.

I wreszcie 18,2 mega woda dejonizowana. Pozostaw komórkę do wyschnięcia w otaczającym powietrzu laboratoryjnym. Następnie umieść membranę srebrną stroną do dołu na kawałku gładkiej folii aluminiowej umieszczonej w teflonowym ogniwie elektrochemicznym i uszczelnij obszar elektrody roboczej O-ringiem z vitonu.

Następnie w 3,0 mililitrach roztworu miedzi do ogniwa teflonowego. Podłącz elektrodę roboczą z folii aluminiowej, platynową przeciwelektrodę i wodną elektrodę referencyjną do potencjalnego statu przy użyciu konwencjonalnego zestawu trzech elektrod. Zastosuj potencjał ujemny 90 miliwoltów w stosunku do pary redoks srebra, chlorku srebra przez 15 minut po osadzeniu miedzi, membrana będzie wyglądać na fioletową.

Po zakończeniu odłącz i wyjmij elektrody referencyjne i pomocnicze, pozostawiając nienaruszone dwuczęściowe ogniwo i membranę. Następnie opłucz ogniwo trzy razy przez 10 sekund każdym z 18,2 mega wodą dejonizowaną. Pozwól ogniwu moczyć się przez 30 minut w pięciu mililitrach 18,2 mega dejonizowanej wody, aby usunąć nadmiar roztworu miedzi z porów.

Następnie opróżnij komórkę. Następnie dodaj 3,0 milimetra komercyjnego roztworu do niklowania i ponownie podłącz elektrody odniesienia i robocze. Zastosuj potencjał ujemny 900 miliwoltów w stosunku do pary redoks srebra i chlorku srebra przez 20 minut podczas osadzania niklu.

Szablon powoli zmieni kolor na. Po zakończeniu osadzania niklu. Odłącz i wyjmij elektrody referencyjne i pomocnicze, pozostawiając dwuczęściowe ogniwo i zespół membrany w stanie nienaruszonym.

Następnie opłucz komórkę trzy razy po 10 sekund 18,2 mega dejonizowaną wodą, zanim zanurzysz się w wodzie przez 30 minut. Aby usunąć nadmiar roztworu galwanicznego z porów, pozostaw komórkę do całkowitego wyschnięcia w otaczającym powietrzu laboratoryjnym przez noc. Przenieś nienaruszony zespół ogniw teflonowych do komory rękawicowej w atmosferze obojętnej, wyposażonej w zewnętrzne połączenia ze statystyką potencjału.

Następnie przygotuj roztwór 30 milimolowych trzech heylopiny w 3,0 mililitrach 46% trifluorku boru w eterze dylowym i dodaj go do teflonowego ogniwa elektrochemicznego. Następnie podłącz przeciwelektrodę, elektrodę roboczą i elektrodę referencyjną ze srebra, azotanu srebra i acetylu nitrylu do stanu potencjałów. Zastosuj potencjał plus 1500 miliwoltów w stosunku do redoks srebra, azotanu srebra.

Para na 10 minut. Prądy rzędu 0,1 miliampera po 10 minutach wskazują na udane osadzanie. Po elektropolimeryzacji membrana będzie ciemna, fioletowa i błyszcząca.

Po zakończeniu odłącz i wyjmij elektrody referencyjne i pomocnicze, pozostawiając dwuczęściowe ogniwo oraz membranę i folię w stanie nienaruszonym. Następnie przepłucz ogniwo pięcioma mililitrami nitrylu acetylu w schowku na rękawiczki. Aby usunąć nadmiar trifluorku boru, wyjmij ogniwo ze schowka na rękawiczki i spłucz pięcioma mililitrami etanolu.

Następnie zanurz komórkę w świeżym etanolu na 20 minut. Ponownie wypłucz ogniwo pięcioma mililitrami 18,2 mega dejonizowanej wody i zanurz w świeżej wodzie przez 20 minut. Pozostaw komórkę do wyschnięcia w otaczającym powietrzu laboratoryjnym.

Rozpocznij osadzanie złotej powłoki, dodając 3,0 mililitrów komercyjnego roztworu do złocenia do ogniwa teflonowego. Delikatnie mieszaj roztwór pipetą przez dwie minuty, aby roztwór do złocenia całkowicie przeniknął do porów i wywołał hydrofobowe zapadanie się rdzenia polimerowego. Następnie podłącz elektrodę roboczą, przeciwelektrodę i wodną elektrodę odniesienia do statystyki potencjału i zastosuj ujemne 920 miliwoltów w stosunku do pary redoks srebra, chlorku srebra.

Długość złotej nanorurki zależy od czasu osadzania. Początkowy prąd o natężeniu około 0,5 miliampera wskazuje na udane osadzanie. Po osadzeniu opłucz komórkę pod strumieniem 18,2 mega dejonizowanej wody i pozostaw do wyschnięcia.

Usuń membranę z zespołu ogniw teflonowych i rozpuść srebro, miedź i nikiel w kilku kroplach stężonego kwasu azotowego po stronie pokrytej srebrem. Następnie usuń kwas i przepłucz membrany trzy razy przez 10 sekund 18,2 mega dejonizowaną wodą, a następnie wytraw rdzeń polimerowy, zanurzając membranę na noc w roztworze kwasu siarkowego i 30% nadtlenku wodoru o objętości trzy do jednego. Po tym kroku membrana będzie wyglądać na fioletową i półprzezroczystą.

Następnego dnia usuń roztwór kwasu i przepłucz membranę pod strumieniem 18,2 mega wody dejonizowanej. Następnie rozbij membranę na małe kawałki i umieść je w wirówce o pojemności 3,0 mililitra. Fiolka. Dodać dwa mililitry wodnego 3,0-molowego roztworu wodorotlenku sodu do fiolki i mieszać w podgrzewanym mieszalniku pracującym z prędkością 1000 obr./min i 40 stopni Celsjusza przez trzy godziny lub do rozpuszczenia membrany.

Po rozpuszczeniu odwirować mieszaninę przez 10 minut przy 21 000 razy większej grawitacji. Na koniec usuń ciecz sklarowaną nad osadem i zastąp ją 18,2 mega wodą dejonizowaną. Powtórz ten cykl trzy razy.

Fiolka zawiera teraz złote nanorurki, które mogą być zawieszane przez łagodnego syna na syna i zawiesinę. Roztwór będzie wyglądał jak fioletowy. Aby zmierzyć widma optyczne nanorurek złota, odwiruj je w roztworze przez 10 minut przy 21 000 razy większej grawitacji.

Następnie usuń ciecz sklarowaną nad osadem i zastąp ją D dwa O. Powtórz ten proces trzy razy. Następnie sonikuj mieszaninę przez 30 sekund, aż roztwór stanie się klarowny i przenieś roztwór do jednomililitrowego kwarcu vete. Uzyskaj widma ekstynkcji od 200 do 2000 nanometrów w spektrofotometrze działającym w podwójnej wiązce.

Będzie występować mod drugi absorbancja odpowiadająca poprzecznym i podłużnym modom plazminy. Następnie zmierz widma ciała stałego, umieszczając nienaruszoną membranę na szklanym szkiełku i zwilż ją D 2O, aby zwiększyć przezroczystość. Następnie zamontuj szkiełko na cienkowarstwowym uchwycie na próbkę i umieść go w spektrofotometrze obsługującym promieniowanie UV do zakresu widzialnego, działającym w trybie podwójnej wiązki.

Uzyskaj widmo ekstynkcji od 200 nanometrów do 1 300 nanometrów, używając szkiełka jako odniesienia. Pokazany tutaj pomiar widm ekstynkcji od 500 do 800 nanometrów odzwierciedla średnicę 55 nanometrów złotych nanorurek, które zostały uformowane. Długość można zmieniać w zależności od czasu osadzania, a tutaj pokazano trzy różne próby.

Każdy z nich reprezentuje inne osadzanie, skanowanie czasowe i transmisyjną mikroskopię elektronową może być również wykorzystany do pomiaru właściwości fizycznych nanorurek złota. Pokazany tutaj jest obraz przekroju poprzecznego złotej nanorurki wykonany za pomocą 55-nanometrowej matrycy PO. Mikroskopia elektronowa daje podobnie wysoką rozdzielczość przy pomiarze wymiarów fizycznych, takich jak średnica i długość różnych nanorurek złota.

Na tym wykresie zmierzono 100 nanorurek dla siedmiu różnych czasów osadzania. W ten sposób uzyskano liniową korelację czasu i długości osadzania. Po tej procedurze złote nanorurki mogą być funkcjonalizowane analitami, takimi jak DNA lub inne biomolekuły, a ich użyteczność jako bioczujników można badać poprzez pomiar przesunięcia rezonansu plazmy wywołanego zdarzeniami wiązania analitu.

Technika ta pozwoli naukowcom zajmującym się plazmą i nanotechnologią na dalsze badanie, w jaki sposób kształt może wpływać na właściwości optyczne. Nanorurki złota mogą również działać jako czujniki indeksu załamania światła, które mogą dokładniej wykrywać zdarzenia wiązania molekularnego. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, w jaki sposób elektrodować metale i polimery w porach anodowych membran z tlenku glinu, syntetyzować zarówno kompozytowe, jak i jednoskładnikowe nanorurki oraz mierzyć ich właściwości optyczne.