Summary
Biz kimyasal buhar biriktirme, asit oksidasyon ve prob ucu sonikasyon dahil olmak üzere bir dizi teknik kullanarak tek tek grafit nanocups sentezini ele. HAuCl sitrat indirgenmesiyle
Abstract
Azot-katkılı karbon nanotüpler azot katkılı karbon nanotüp bardak (NCNCs) olarak adlandırılan birçok kupa şekilli grafit bölümlerinde oluşur. Kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemi bu gibi-sentezlenmiş grafitli nanocups kovalent olmayan etkileşimler üzerinden sadece düzenlenen bir baş-kuyruk şekilde yığılmış. Bireysel NCNCs kimyasal ve fiziksel ayırma işlemleri bir dizi aracılığıyla istifleme yapısı dışında izole edilebilir. İlk olarak, olarak sentezlenmiş NCNCs grafit duvarlarda oksijen içeren bir kusur tanıtmak için kuvvetli asitlerin bir karışımı içinde oksitlenmiştir. Okside NCNCs sonra etkili tek tek grafit nanocups içine yığılmış NCNCs ayrılmış yüksek yoğunluklu prob-ucu sonikasyon kullanılarak işlendi. Sahip oldukları bol oksijen ve azot yüzey işlevleri, ayrı neden NCNCs derece hidrofobik olan ve etkili bir şekilde, tercihli olarak açılması uygun altın tanecikleri (Toplam GSMH'sı), fonksiyonalize edilebilirmantar tıpa gibi bardak. Toplam GSMH'sı kendinden sarhoş Bu grafitli nanocups nano ölçekli konteyner ve ilaç taşıyıcıları olarak umut verici uygulamaları bulabilirsiniz.
Introduction
Kendi doğal iç boşluklar ve çok yönlü bir yüzey kimyası, içi boş bir karbon-bazlı nano, örneğin, karbon nanotüpleri (CNT) gibi, ile ilaç verme uygulamalarında iyi nanocarriers olarak kabul edilir. 1,2 Ancak, bozulmamış CNTs fibril yapısı olan içi boş çok erişilemez iç ve ağır enflamatuar yanıtı ve biyolojik sistemlerde sitotoksik etkilere neden olabilir. 3,4 azot katkılı CNT, diğer taraftan, katkısız çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNTs) 5,6 daha yüksek biyo-uyumluluk sahip olduğu tespit edilmiştir ve daha iyi bir ilaç olabilir teslimat performansı. 7,8 onların erişilebilir iç ile. 200 nm altında tipik süresini bireysel azot katkılı karbon nanotüp bardak (NCNCs) elde etmek için dışarı ayrılabilir yığılmış bardak benzeyen bir kompartman içi boş yapıda nanotüp grafit örgüler sonuçlara nitrojen atomları doping ve Diğer kimyasal izin azot işlevlerifonksiyonlandırma, bu tek tek grafit kupa ilaç dağıtım uygulamaları için son derece avantajlıdır.
Ark deşarj 9 ve DC manyetik alanda sıçratma, 10 kimyasal buhar biriktirme dahil olmak üzere azot katkılı CNT için farklı sentetik yöntemler arasında (CVD) gibi daha yüksek verim ve nanotüp büyüme koşulları üzerinde daha kolay kontrol gibi çeşitli avantajları nedeniyle en yaygın yöntem olmuştur. Buhar-sıvı-katı (VLS) büyüme mekanizması yaygın azot katkılı CNT ve CVD büyüme süreci anlamak için kullanılır. Genellikle 11 büyüme metal katalizör tohum kullanmak için iki farklı planları vardır. "Sabit yatak" düzeni, tanımlanmış boyutları ile demir nanopartiküller ilk demir pentakarbonil'in termal ayrışma sentezlendi ve daha sonraki CVD büyüme için spin kaplama ile kuvars slaytlar üzerinde kaplama. "Yüzen katalizör" düzeni, demir katalizör (genellikle olarak 12 ferrosen) karıştırılmış ve karbon ve N ile birlikte enjekte edildiitrogen öncüleri, ve karbon ve azot öncüleri tevdi edildiği demir katalitik nanopartiküller in situ üretimi sağlanan Ferrocenenin termal ayrışma. Sabit-yatak katalizörü sonuçtaki NCNCs üzerinde daha iyi bir kontrol sağlar boyutu da, ürünün verimini aynı ön-madde miktarı ve büyüme süresi için <(5 mg), kayan katalizör düzeni ile karşılaştırıldığında (1 mg),> genellikle daha düşüktür. Dalgalı katalizör düzeni de NCNCs oldukça düzgün boyut dağılımı sağlar gibi, NCNCs bir CVD sentezi için bu kağıt kabul edilmiştir.
CVD yöntemi birçok yığılmış bardak oluşan fibril morfolojisi gösterirler olarak sentezlenmiş NCNCs tanıyor. Bitişik bardak arasında kimyasal bir bağ olsa da onlar sıkıca birbirlerinin boşluklar içine yerleştirilen ve çoklu kovalent olmayan etkileşimleri ve amorf karbon, bir dış tabaka ile tutulan, çünkü 8 zorlukları bireysel kupa etkili izolasyon kalır. 8 Atteyığılmış bardak ayırmak için MPTS kimyasal ve fiziksel yaklaşımlar her ikisini de. Kuvvetli asitlerin bir karışımı içinde oksidasyon tedavisi CNT kesilmiş ve aynı zamanda daha kısa bölümler halinde kesmek için NCNCs uygulanabilir oksijen işlevleri, 13,14 tanıtmak için tipik bir prosedürde iken. Mikrodalga plazma aşındırma işlemleri de NCNCs ayrı gösterilmiştir. 15 kimyasal yaklaşımları ile karşılaştırıldığında, fiziksel ayrılık daha basittir. Daha önceki çalışmada sadece bir havanda bireysel NCNCs ile öğütülmesi ile kısmen kendi yığılmış yapısından izole edilebilir olduğunu gösterdi. 7 Buna ek olarak, etkili tek duvarlı karbon nanotüpler kesmek bildirildi yüksek yoğunluklu prob ucu Sonication, (SWCNTs) , 16 de NCNCs ayrılması üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu gösterilmiştir. 8 prob ucu Sonication aslında yığılmış bardak "sallıyor" bu NCNC çözüm yüksek yoğunluklu ultrasonik güç sağlar ve zayıf Intera bozanbirlikte bardak tutun ctions. Diğer potansiyel ayırma yöntemleri ya verimsiz ya da fincan yapısına yıkıcı olsa da, prob ucu Sonication bireysel grafitli bardak elde etmek için düşük maliyetli ve daha az zarar verici, son derece etkili fiziksel ayırma yöntemi sağlar.
Olarak sentezlenmiş fibril NCNCs ilk konsantre H 2 SO önce prob ucu sonikasyon ile ayrılması için 4 / HNO 3 asit karışımı tedavi edildi. Sonuçtaki ayrılmış NCNCs yüksek hidrofilik ve etkili bir şekilde su içinde dağılmış. Biz daha önce NCNCs bu tür amin grupları gibi azot işlevleri tespit ve NCNCs işlevsel için kimyasal tepkime kullanmış olurlar. 7,8,17 bu çalışmada, ticari nanopartiküller ile 8 NCNCs kapanma bizim daha önce bildirilen yöntemi ile karşılaştırıldığında, altın nanopartiküller (gayri safi milli hasılalarının) idi etkili chloroauric asit sitrat azalma ile bardak yüzeyine bağlantılı. Yüzündenaçık azot işlevleri tercihli dağıtım NCNCs jantlar, altın öncüleri in situ sentezlenen gayri safi milli hasılalarının bardak üzerinde jantlar açık ve form GSMH "mantar tıpa" ile daha iyi etkileşim eğiliminde. Bu sentez ve işlevsel yöntemler ilaç dağıtım taşıyıcıları olarak potansiyel uygulamalar için yeni bir GSMH-NCNC hibrid nanomaterial sonuçlandı.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Azot-katkılı Karbon Nanotube Kupaları CVD sentezi (NCNCs)
NCNCs sıvı öncüleri (Şekil 1A) kullanarak kuvars yüzey üzerinde kimyasal buhar biriktirme (CVD) tekniği kullanılarak sentezlendi.
- Reaksiyon odası olarak Lindberg / Mavi tüp fırında bir 3 m uzunluğunda kuvars tüp (2.5 cm id) yerleştirin. Ürün toplama için substrat olarak tüp içinde bir kuvars plaka (1 "× 12") yerleştirin. Gaz ve sıvı enjeksiyon bağlantıları / tüpler dahili ev yapımı paslanmaz çelik kapaklar kullanarak kuvars tüp mühür.
- 0.75 ağırlıkla% ferosen, ağırlık olarak% 10 asetonitril ve ağırlıkça% 89.25 ksilenler içeren sıvı öncüsünün bir çözeltinin yapılması. Büyüme önce, kuvars tüp girişine bağlanır, gaz geçirmez şırınga içine sıvı ön-madde 5 ml çizin. , Bir şırınga pompası üzerinde şırınga yerleştirin.
- CVD sistemi monte edin. Tüm gaz giriş ve çıkış bağlayın. Akış Ar (845 sccm) CVD sistemi temizlemek ve kaçak bize kontrol etmeking sıvı sızıntı tespit Snoop. 20 dakika tasfiye sonra, H 2 açın. 127 sccm için 37.5 sccm ve Ar H 2 akışını hızını ayarlayın. Fırın açın. 800 fırının sıcaklığını ayarlamak ° o 800 istikrarlı kadar C ve bekleyin ° C
- Kuvars tüpün içine sıvı ön-madde enjekte etmek için bir şırınga pompası kullanımı. 6 dakika ml / saat enjektör tüpün ölü hacmi doldurmak için 9 enjeksiyon hızını ayarlayın. Daha sonra NCNCs büyümesi için 1 ml / saat için enjeksiyon oranı aşağı çevirin. Büyüme 90 dakika sonra, şırınga pompası ve H 2 gaz akışı kapatın ve fırın kapatıldı. Ar, fırın, oda sıcaklığına kadar soğutulur kadar inert bir atmosfer sağlamak için akan tutun.
- Tüm gaz girişleri ve çıkışları, ve enjeksiyon sisteminin bağlantısını kesin. CVD sistemi sökün ve kuvars plaka almak. Kuvars plakadan NCNCs filmin kalkmasına tek taraflı jilet kullanın. Etanol içinde toplanan ürün dağıtılır. Solunum sisteminin korunması inh önlemek için gereklidiriş davlumbaz dışında yapılır mümkünse karbon malzemeler aling.
2. Asitlerin bir karışımı ile olduğu gibi sentezlenmiş NCNCs oksidasyonu
- 200 ml'lik bir yuvarlak tabanlı şişeye olarak sentezlenmiş NCNCs yaklaşık 10 mg aktarın. Balona konsantre HNO 3 7.5 ml ilave edilir. Kısaca iyi bir dispersiyon su banyosu içinde sonikasyon karışımı. 4 yavaş SO daha sonra konsantre H 2 22.5 ml ekleyin. (Dikkat: bu güçlü asit karışımı çok aşındırıcıdır, dikkatli bir şekilde emniyeti ile bu asitlerin kolu.), 4 saat boyunca oda sıcaklığında su banyosu içinde, reaksiyon karışımı, sonikasyon.
- Su ve 100 ml buz banyosunda soğutulurken, reaksiyon karışımının seyreltilir. Bir su aspiratör kullanılarak 220 nm gözenek boyutu olan bir politetrafloroetilen (PTFE) zarından karışım filtre.
- , Asit yan ürünü uzaklaştırmak için kalıntı, 0.01 M NaOH çözeltisi, 200 ml ile filtre membranı üzerinde yer alan malzemeye yıkayın. 18, daha sonra yıkamaSüzüntü, bir nötr pH elde edilene kadar, 0.01 M HCl çözeltisi 200 ml su, bol miktarda izledi. Sonikasyon ile su içinde ve sonuçtaki malzeme (NCNCs okside) (20 mi) dağıtılır. Sonuçta meydana gelen süspansiyon daha fazla deneyler için oda sıcaklığında saklanabilir.
3. Probe ucu Sonikasyon tarafından NCNCs fiziksel Ayırma
- Buz banyosu içine yerleştirilmiş, 100 ml'lik bir plastik kapta su içinde okside NCNCs arasında süspansiyonu aktarın. Su ile 50 ml işaretine kadar plastik bardak doldurun. 60% maksimum büyüklüğü (12 W) 1/4 "çapında titanyum mikrotip ile donatılmış prob ucu sonikatör ayarlayın. 12 saat için çözüm merkezi ve daha sonra süreci Batmak mikrotip 30 saniye ile / aralık kapalı. Değiştir buz aşırı ısınmayı önlemek için her 30 dk.
- Sonication durdurun. Herhangi bir büyük parçacıkları kaldırmak için bir 220 nm gözenek boyutlu PTFE filtre zarından NCNC süspansiyon filtre. Çıkan NCNC örnekleri başka uygulamalar için oda sıcaklığında saklamak olabilir. (İsteğe bağlı) bir karşılaştırma deneyi olarak, DMF olarak sentezlenmiş NCNCs başka bir örnek dağıtmak ve doğrudan yukarıdaki gibi aynı ayarları az 12 saat prob ucu sonikasyon ile süspansiyon ses dalgalarına maruz.
4. Kaiser Testi ile NCNCs üzerinde Amin Fonksiyonel Grupların Kantitatif Analiz
- Bir reaktif hazırlayın: karışımı fenol 1 g ve EtOH 250 ul piridin ve 2.5 ml Karışıma, H 2 O, 0.01 M hydrindantin 50 ul ekle. Reaktif B hazırlayın: EtOH, 1 ml ninhidrin (50 mg) içinde çözülür.
- Bir mikro terazi üzerinde NCNCs numuneleri (~ 0.5 mg) tartıldı ve 03:02 EtOH / küçük test tüpleri içinde, 1 ml su içinde dağıtmak. Örnek süspansiyonuna Reaktif B Reaktif A ve 25 ul 100 ul ekleyin. Parafilms ile test tüpleri Seal ve 10 dakika boyunca 100 ° C yağ banyosu, karışımın ısıtılması. Katı tanecikli maddeleri uzaklaştırmak ve süzüntü çözelti toplamak için bir şırınga filtresi ile örnek filtre.
- Fil üzerinde görünür spektrumları alınNCNCs eklemeden aynı süreçte yapılan boş numune ile kolorimetrik analiz için trate. 570 nm merkezli tepe absorbans kaydedin ve Beer-Lambert yasası göre amin yükleri hesaplamak.
5. Toplam GSMH'sı kendinden NCNCs bir işlevsellik
- Eşit bir dağılım elde etmek için 5 dakika boyunca bir su banyosunda sonikatör kullanılarak ayrılır NCNCs (0.01 mg / ml) ihtiva eden sulu bir süspansiyon, 4 ml sonikasyon.
- Sonication sırasında NCNC süspansiyona HAuCl 4 sulu bir çözeltisi (1 mg / ml), 1 ml ilave edilir. Daha sonra ağırlık olarak% 1 trisodyum sitrat sulu çözelti damla damla 250 ul. Reaksiyon karışımı, kuvvetli bir şekilde 2 saat boyunca bir sıcak bir plaka üzerinde 70 ° C'de yapıldı karıştırın.
- 15 dakika boyunca 3,400 rpm'de santrifüje reaksiyon karışımı. Çökelti içinde gayri safi milli hasılalarının ile fonksiyonelleştirilmiş NCNCs toplayın ve santrifüj su ile yıkayın. , Su (4 ml) içinde bir çökelti dağıtılır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
CVD büyüme olarak sentezlenmiş NCNCs kuvars yüzey üzerinde siyah malzemenin bir halı olarak ortaya çıktı. Birkaç mg ağırlığında NCNCs kalın film bir tıraş bıçağı (Şekil 1B) ile soyulması ile elde edilmiştir. TEM görüntüleri farklı büyütme itibariyle-sentezlenmiş NCNCs (Şekil 1) morfolojisini göstermektedir. 30 nm - alt büyütme (Şekil 1C) de, olarak sentezlenmiş NCNCs tüm 20 tipik olarak birkaç mikrometre ve çap uzunlukları ile bir fibril yapısı gösterdi. Katkısız CNT sürekli boru yapısının aksine, NCNC lifler çok kupa şekilli bölümleri ile kompartman edildi. Bir NCNC fiber ucunun yüksek çözünürlüklü TEM görüntüleme birbirinin üstüne yığılmış olan nanotüp bardak kavisli grafit yapısı (Şekil 1D) ortaya koymaktadır.
Şekil 2A asit oksidasyon sonra NCNCs en TEM görüntüleri gösterir. Oksidasyon süreci içine uzun lifleri kesmekgrafitli bardak yığılmış kaldı hangi uzunluğunda yaklaşık 1 mikron kısa bölümleri. Okside NCNCs sonra prob ucu sonikasyon ile işlendi suda kararlı süspansiyon kurdu. Sonikasyon filtrasyonu ve 12 saat sonra, TEM görüntüsü NCNCs (Şekil 2B) uzunluğunda önemli bir azalma göstermektedir. En NCNCs 200 nm daha az süresini bireysel bardak olarak ortaya çıktı. Yığınlarının izole tek kupa genellikle bir kapalı uca ve diğer açık olan bir yarı-eliptik bir şekle sahiptir.
NCNCs büyüklüğü dağılımı TEM görüntüleri ~ 300 ölçümleri temel alınarak yapılır. Okside NCNCs, 12 saat sonikasyon sonra NCNCs ve son ürünün uzunluğu dağılımı histogram (Şekil 3A) yığılmış NCNCs ve bireysel bardak elde ayrılması üzerine prob ucu sonikasyon etkisini göstermektedir. Oksitleme işlemi pozitif negatif (Şekil 3B), WHI NCNCs arasında zeta potansiyeli bir değişiklik ile sonuçlanmıştırNCNCs Le doğal amin grupları Kaiser testi (Şekil 3C) 'e göre etkilenmemiştir.
Ayrılan NCNCs sonra HAuCl 4 sitrat indirgenmesiyle Toplam GSMH'sı fonksiyonalize edildi. Indirgeme reaksiyonu 70 ° C de kuvvetli karıştırma altında oluştu. Başlangıçta renksiz çözelti 30 dakika sonra mavi dönmeye başladı ve yavaş yavaş 2 saat içinde şarap-kırmızı olarak değiştirildi. Şekil 4A'da santrifüj çökelti TEM görüntüsü NCNCs üzerinde Toplam GSMH'sı en yüksek kapsamını göstermektedir. Hemen hemen tüm nanotüp bardak Toplam GSMH'sı kendinden fonksiyonelleştirilmiş edildi ve gayri safi milli hasılalarının sık tercihen bardak mantar tıpa olarak hizmet veren açık jant yer olduğu tespit edildi. Bir büyütülmüş TEM görüntüsü (Şekil 4B) bazı gayri safi milli hasılalarının aslında bir "sıkı" mantar oluşturan fincan iç haline olduğunu ortaya koymaktadır. Çökelti ve süpernatan çözeltisi arasında renkte bir fark yoktu. UV absorpsiyon spektrumları gösterdi ki, yüzey plazmon rezonansı(SPR) çökeltiye Toplam GSMH'sı bant süpernatant (Şekil 4C) kıyasla kırmızı bir kayması vardır.
Şekil 1. (A) NCNCs kimyasal buhar biriktirme (CVD) sentezi için kullanılan bir tüp fırın şematik kurulum. (B) kuvars yüzeyden soyulmuş olarak sentezlenmiş NCNC film Fotoğraf. (C) genel bir bakış transmisyon elektron mikroskobu ( olarak sentezlenmiş NCNCs TEM) görüntüsü. NCNC-sentezlenen bir bireyin ucu arası (D) yüksek çözünürlüklü TEM görüntüsüdür.
Şekil 2. TEM sonraki 12 saat prob ucu sonikasyon ve filtrasyon sonra (A) okside NCNCs ve (B) NCNCs görüntüleri. ANKASTRE bağımsız bir NCNC ayrılmış gösterir.
Şekil 3,. (A) (1) 12 saat prob ucu sonikasyon sonrasında yalnızca, (2) oksidasyona sonra, (3) ardından oksidasyon ve 12 saat prob ucu sonikasyon, ve (4) nihai NCNC örnekleri için uzunluk dağılım histogramları 220 nm gözenek boyutlu zar içerisinden filtre sonra ürün. (B), zeta potansiyelleri olarak sentezlenmiş okside ve nihai NCNC örnekleri. 12 saat sonra sadece sonikasyon NCNCs ve sonrasında (C) Amin yükleri oksidasyon ve 12 saat tikleriication.
Şekil 4. HAuCl 4 sitrat indirgenmesiyle Toplam GSMH'sı ile işlevlendirilmektedir ve santrifüj ile toplanır NCNCs bölgesinin (A), TEM görüntüsüdür. GSMH sarhoş bağımsız bir nanocup arası (B), TEM görüntüsüdür. Reaksiyon karışımı, (C), UV-VIS, Yüzer çözelti ve GNP işlevsellik tepki arasında çökelti oluştu. Ilave fotoğraf süpernatant (solda) ve çökelti (sağ) çözümleri arasında renk farklılığı gösterir. büyük rakam görmek için buraya tıklayın .
| Eleman (K Shell) | Olarak sentezlenmiş Ayrılmış Final | |
| % olarak | % olarak | |
| C (N de dahil olmak üzere) | 98.0 | 95.9 |
| O | 0.6 | 3.8 |
| Fe | 1.4 | 0.1 |
| Ti | - | 0.2 |
Tablo 1. Enerji dağılımlı X-ışını (EDX) spektroskopisi dayalı olarak sentezlenmiş NCNCs ve son ayrılan NCNCs element analizi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bizim deneylerin temel amacı etkin azot katkılı CNT gelen grafit nanocups üretmekti. Bununla birlikte, kardiyovasküler sentezinde azot doping yığılmış kupa şekilli yapının oluşumu garanti etmez. Ön-madde ve diğer büyüme koşulları kimyasal kompozisyonuna bağlı olarak, sonuçlanan ürünün morfolojisi bir çok değişebilir. Azot kaynağı 19 konsantrasyonu yapısını etkileyen başlıca faktör olduğu için azot atomu uyumsuzluktan bölmeli yapısı sonuçları grafit kafesler. 20. Genel olarak, bölmelerin uzunluğu haberci artan azot konsantrasyonu azalır. Yüksek konsantrasyonlarda, lateral segmentasyon katmanları düzensiz ve oluklu olmak ve düzgün fincan şeklindeki kompartman yapısı kaybolur. Bizim prosedürde 19, biz benzer çapı ile düzgün fincan şeklindeki yapı sonuçlandı habercisi olarak 10% MeCN kullanılaneterler. Karbon kaynağı NCNC sentezi için bir başka önemli bir faktördür. Karbon kaynağı bazen oksijen kusurlar nedeniyle muhtemelen neden NCNCs, 12, düzensiz gözyaşı bırak biçimli parçaların oluşturduğu olarak etanol kullanılarak önceki girişimler, etanol kaynaklanmıştır. Iksilenler etanol değiştirilmesi herhangi bir düzensiz şekil oluşumu ortadan kaldırmıştır. Ayrıca, ferrosen konsantrasyonu (ağırlıkça% 0.75) Küçük türdeş demir katalizör nanopartiküller kurdurduğu azalır ve nispeten düşük taşıyıcı gaz akış hızı dikey büyüme kolaylaştırdı. Bütün bu faktörler, daha homojen bir çap ve daha yüksek verim ile NCNCs oluşumu ile sonuçlanmıştır.
Olarak sentezlenmiş NCNCs yığılmış bardak uzun liflerdir. Yüksek çözünürlüklü TEM görüntü (Şekil 1D) açıkça komşu yığılmış bardak grafit yapısını göstermektedir. Her bir fincan grafit duvarları bitişik başlıkları arasındaki herhangi bir bağlantı olan, kap ekseni belirli bir açı ile yönü boyunca uzanır. Bitişik bardak b kabul edildiE grafit katmanları arasında ve aynı zamanda Şekil 1D görüldüğü gibi, amorf karbon, bir dış tabaka ile kovalent olmayan etkileşimleri ile bir arada tutulur. Bir arada tutmak bardak zayıf etkileşimler bozulabilmektedir ve bireysel nanocups kimyasal ya da fiziksel yöntemlerle izole edilebilir.
Daha önceki çalışmada, 8 ayırma işlemi sadece fiziksel ayırma tarafından gerçekleştirilmiştir. Olarak sentezlenmiş NCNCs doğrudan sonda ucu sonikasyon altında, N, N-dimetilformamid (DMF) içinde sonike edilmiştir. Sonication 12 saat önemli ölçüde 556.9 ± 256.1 nm için birkaç mikrometre NCNCs süreleri ortalama azalır ve ayrışmamış NCNCs hala sık görülen sanki etkin, bireysel nanocups elde. Doğrudan ultrasonication için önemli bir dezavantaj olarak sentezlenmiş NCNC lifler yüksek hidrofobik ve hatta kötü DMF asılı idi. Ayırma verimliliği bu durumda tehlikeye çünküNCNCs de başlangıçta dağınık değildi. Çözücü içinde NCNCs arasında dağılımını kolaylaştırmak ve ultrasonik ayrılmasını kolaylaştırmak için, olarak sentezlenmiş NCNCs ilk güçlü asitler ile tedavi edildi. Bu tedavi çok saf CNT oksidasyonu için uygulanmıştır. 13 Enerji-dağınık X-ışını (EDX) spektroskopisi oksijen işlevleri grafit yapısı tanıtıldı belirten, asit tedavisi (Tablo 1) sonra NCNCs oksijen konsantrasyonunun önemli bir artış göstermektedir. Oksidasyon aşaması NCNCs arasında hidrofiliklik artmıştır, ancak aynı zamanda oksijen örgü kusurları tanıtan ve dış amorf karbon kaldırarak bitişik bardak grafit katmanları arasındaki etkileşimi zayıflamış olabilir sadece. Oksitlenmiş NCNCs suda eşit bir dağılım oluşur ve bu nedenle daha sonra ultrasonik ayrılması için daha fazla duyarlı idi. TEM görüntülerden ölçülen okside NCNCs uzunluğu ortalama 770 ± 571 nm idi. Prob ucu sonikasyon 12 saat sonra, enBireysel bardak izole edildi, ve ortalama uzunluğu PTFE membran 220 nm gözenek büyüklüğü altında oldu 178 ± 94 nm, düşürülmüştür. Bir filtrasyon işlemi böylece daha fazla artık NCNCs çıkarıldı ve süzüntü, sadece tek tek ve kısa yığılmış nanocups bırakarak, 110 ± 55 nm ortalama uzunluğu azaltılabilir. Nihai ayrılmış NCNCs de birkaç hafta süre boyunca az yağış gösterdi sabit bir süspansiyon oluşturan suda dispersiyon haline getirilmiştir.
Asit oksidasyon süreci büyük ölçüde NCNCs yüzeyinde özellikleri değişmiş. Çözelti içinde protonlanacaktır eğilimi azot işlevleri varlığı nedeniyle olarak sentezlenmiş NCNCs hafif pozitif 9 mV'luk bir zeta potansiyeline sahip şarj edildi. Asit oksidasyon hakkında -30 mV negatif zeta potansiyeli ile NCNCs daha asılabilir yaptı. Kaise ile nicelendirildi gibi oksitleme işlemi NCNCs yüzeyinde içsel Amin işlevsellikleri değiştirmemiştir unutulmamalıdırr testi. Aksine, daha fazla amin grubu daha iyi ayrılması daha fazla amin işlevleri maruz kaldığı sadece gösterilen sonikasyon ile ayrılmış örnekleri üzerinde daha 4 saat asit oksidasyonu sonra ayrılmış NCNCs bulunmuştur. EDX Element analizi (Tablo 1) gösterdiği gibi asit, oksitleme işlemi, aynı zamanda etkin bir NCNCs demir katalizör artıklarının kaldırıldı.
Uzun prob ucu sonikasyon bir temel sorun titanyum ipuçları aşınma-out oldu. Uzun ve yoğun ultrasonik titreşim ısı çok üretir ve mikrotip için aşındırıcı olduğunu. Ucu dışarı taşınırken gibi, ayırma etkisi zayıflamış ve titanyum parçacıkları kirlenme olarak ucu kapalı gelmek eğiliminde. Iyi zararlardan ucu korumak için, örnek / kapalı aralıklarla 30 saniye işlendi ve buz banyosu aşırı ısınmayı önlemek için her 30 dakika değiştirildi. Kimyasal atalet nedeniyle, titanyum kirletici tamamen kaldırılacak zordu. Filtreleme işlemibir 220-nm gözenekli zar ile herhangi bir büyük titanyum partiküllerin temizlenmesinde etkili olduğu ve küçük parçacıklar, aynı zamanda, çoğunlukla titanyum% 0.2 yaklaşık nihai ayrılmış NCNC örneklerde de, 4 dakika süreyle 3,400 rpm'de santrifüj ile çıkarıldı kısa olabilir (Tablo 1) hala mevcut.
Ayrılan NCNCs ilaç dağıtım uygulamaları için gerekli çeşitli kimyasal özellikleri sağlamak onların grafit çerçeve oksijen ve azot işlevleri, her ikisi de. Amin gruplarının thiolation, biz, bardak açılması uydurma bir ortalama çapı,. Daha önce 8 Bu gayri safi milli hasılalarının grafitli nanocups için ticari gayri safi milli hasılalarının eklemek başardık mantar tıpa gibi fincan mühür eğiliminde. Hidrofilik okside NCNCs kullanarak, GSMH'sı kendinden daha etkili azalma reaktif olarak trisodyum sitrat ile chloroauric asidin doğrudan indirgenmesi ile sulu faz içinde bardak sabitleştirilebilir. Gayri safi milli hasılalarının azot functionalitie üzerinde çekirdekli muhtemeldirs ve reaksiyon koşulları altında büyümeye devam eder. Bu aşağıdan yukarıya işlevsel yaklaşım gayri safi milli hasılalarının ve NCNCs arasında güçlü ve spesifik etkileşim sonuçlandı. Bardak açık kenarında azot işlevleri tercihli dağılımı nedeniyle, gayri safi milli hasılalarının açılışında çekirdekli için daha iyi bir şans vardı ve sonraki büyüme genellikle bardak iç uzatıldı mantar şeklindeki nanopartiküller kurdu. Bu kapanma etkileşim daha sık önceki yönteme göre azaltılması yaklaşımı kullanılarak gözlendi. Çözelti içinde serbest Toplam GSMH'sı indirgeme reaksiyonu sırasında da mevcut olan, sonra 15 dakika için 3400 rpm'de santrifüjleme ile çıkarılabilir. Süpernatan çözeltisi renk ve çökelti arasında belirgin bir fark yoktu. Eski 524 nm dalga boyunda bir SPR absorpsiyon bandı ile şarap kırmızı olarak ortaya çıktı ve ikinci 540 nm'de bir SPR bant ile mor oldu. SPR bandında kırmızı-NC kayma yüzeyinde Toplam GSMH'sı kuvvetli elektronik etkileşim bağlanabilirNC'ler.
Sonuç olarak, onların istifleme yapıları tek tek grafit nanocups (yani NCNCs) elde etmek için sentetik teknikleri bir dizi kabul etti. Asit oksidasyon ve prob ucu sonikasyon prosedürlerin Giriş ayrılığı yüksek verimlilik ve son nanocups ve hidrofil sağlamak için gereklidir. HAuCl 4 sitrat azaltılması yoluyla, NCNCs sonra etkili mantar tıpa gibi bardak kapalı gayri safi milli hasılalarının ile fonksiyonelleştirilmiş edildi. Bu yeni GSMH-NCNC hibrid nano malzeme nano ölçekli konteyner ve ilaç teslim taşıyıcıları olarak uygulamaları umut verici olabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar herhangi bir mali çıkarlarının beyan ederim.
Acknowledgments
Bu çalışma, bir NSF KARİYER Ödülü No 0954345 tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Reagents | |||
| H2 | Valley National Gases | Grade 5.0 | |
| Ar | Valley National Gases | Grade 5.0 | |
| Ferrocene | Sigma-Aldrich | F408-500G | |
| Xylenes | Fisher Scientific | X5-500 | |
| Acetonitrile | EMD | AXO149-6 | |
| H2SO4 | Fisher Scientific | A300-500 | |
| HNO3 | EMD | NX0409-2 | |
| DMF | Fisher Scientific | D119-500 | |
| Ethanol | Decon | 2716 | |
| Phenol | Sigma-Aldrich | P1037-100G | |
| Pyridine | EMD | PX2020-6 | |
| Hydridantin | Sigma-Aldrich | H2003-10G | |
| Ninhydrin | Alfa Aesar | 43846 | |
| HAuCl4 | Sigma-Aldrich | 52918-1G | |
| Sodium Citrate | SAFC | W302600 | |
| Equipment | |||
| CVD Furnace | Lindberg/Blue | ||
| TEM (low-resolution) | FEI Morgagni | ||
| TEM (high-resolution) | JOEL | 2100F | |
| Probe-tip Sonicator | Qsonica | XL-2000 | |
| UV-Vis Spectrometer | Perkin-Elmer | Lambda 900 | |
| Zeta Potential Analyzer | Brookheaven | ZetaPlus | |
| EDX spectroscopy | Phillips | XL30 FEG | |
References
- Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M.
- Hilder, T. A., Hill, J. M. Modeling the loading and unloading of drugs into nanotubes. Small. 5 (3), 300-308 (2009).
- Shvedova, A. A., Kisin, E. R., et al. Unusual inflammatory and fibrogenic pulmonary responses to single-walled carbon nanotubes in mice. American Journal of Physiology - Lung Cellular and Molecular Physiology. 289 (5), L698-L708 (2005).
- Jia, G., Wang, H., et al. Cytotoxicity of carbon nanomaterials: Single-wall nanotube, multi-wall nanotube, and fullerene. Environmental Science & Technology. 39 (5), 1378-1383 (2005).
- Carrero-Sánchez, J. C., Elías, A. L., et al. Biocompatibility and toxicological studies of carbon nanotubes doped with nitrogen. Nano Lett. 6 (8), 1609-1616 (2006).
- Zhao, M. L., Li, D. J., et al. Differences in cytocompatibility and hemocompatibility between carbon nanotubes and nitrogen-doped carbon nanotubes. Carbon. 49 (9), 3125-3133 (2011).
- Allen, B. L., Kichambare, P. D., Star, A. Synthesis, characterization, and manipulation of nitrogen-doped carbon nanotube cups. ACS Nano. 2 (9), 1914-1920 (2008).
- Zhao, Y., Tang, Y., Chen, Y., Star, A. Corking carbon nanotube cups with gold nanoparticles. ACS Nano. 6 (8), 6912-6921 (2012).
- Stephan, O., Ajayan, P. M., et al. Doping graphitic and carbon nanotube structures with boron and nitrogen. Science. 266 (5191), 1683-1685 (1994).
- Suenaga, K., Johansson, M. P., et al. Carbon nitride nanotubulite - densely-packed and well-aligned tubular nanostructures. Chem. Phys. Lett. 300 (5-6), 695-700 (1999).
- Chen, H., Yang, Y., et al. Synergism of C5N six-membered ring and vapor-liquid-solid growth of CNx nanotubes with pyridine precursor. J. Phys. Chem. B. 110 (33), 16422-16427 (2006).
- Allen, B. L., Keddie, M. B., Star, A. Controlling the volumetric parameters of nitrogen-doped carbon nanotube cups. Nanoscale. 2 (7), 1105-1108 (2010).
- Liu, J., Rinzler, A. G., et al.
- Zhao, Y., Allen, B. L., Star, A. Enzymatic degradation of multiwalled carbon nanotubes. J. Phys. Chem. A. 115 (34), 9536-9544 (2011).
- Wang, Y., Bai, X. High-yield preparation of individual nitrogen-containing carbon nanobells. Mater. Lett. 63 (2), 206-208 (2009).
- Heller, D. A., Mayrhofer, R. M., et al. Concomitant length and diameter separation of single-walled carbon nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 126 (44), 14567-14573 (2004).
- Allen, B. L., Shade, C. M., Yingling, A. M., Petoud, S., Star, A.
- Wang, Z., Shirley, M. D., Meikle, S. T., Whitby, R. L. D., Mikhalovsky, S. V. 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. Carbon. 47 (1), 73-79 (2009).
- Liu, H., Zhang, Y., et al. Structural and morphological control of aligned nitrogen-doped carbon nanotubes. Carbon. 48 (5), 1498-1507 (2010).
- Mandumpal, J., Gemming, S., Seifert, G. Curvature effects of nitrogen on graphitic sheets: structures and energetics. Chem. Phys. Lett. 447 (1-3), 115-120 (2007).
