צינורות זהב הפתרון suspendable עם ממדים מבוקרים יכולים להיות מסונתזים על ידי תצהיר אלקטרוכימי בתחמוצת ממברנות נקבוביות anodic אלומיניום (AAO) באמצעות ליבת פולימר הידרופובי. צינורות זהב ומערכי Nanotube הבטחה עבור יישומים בbiosensing plasmonic, ספקטרוסקופיית ראמאן המשופרת קרקע, חימום צילום תרמי, הובלה יונית ומולקולרית, מיקרופלואידיקה, קטליזה ואלקטרוכימי חישה.
מערך כמעט מקביל של הנקבוביות יכול להיות מיוצר על ידי אילגון רדידי אלומיניום בסביבת החומצית 1, 2. יישומים של תחמוצת אלומיניום anodic קרומים (AAO) היו בפיתוח מאז שנת 1990 והפכו לשיטה נפוצה לתבנית הסינתזה של ננו יחס גובה הגבוה, בעיקר על ידי צמיחת אלקטרוכימי או נקבובי הרטבה. לאחרונה, קרומים אלה הפכו זמינים מסחריים במגוון רחב של גדלים וצפיפויות נקבוביים, מה שמוביל לספרייה נרחבת של ננו הפונקציונלי שסונתז מקרומי AAO. אלה כוללים nanorods מרוכבים, nanowires ואת צינורות העשויים ממתכות, חומרים אורגניים או פולימרים 3-10. קרומי nanoporous שמשו כדי לסנתז מערכי nanoparticle וNanotube כי ביצועים טובים כמו חיישנים שבירים, biosensors plasmonic, או משטח המשופר ראמאן ספקטרוסקופיה (SERS) מצעים 11-16, כמו גם מגוון רחב של תחומים נוספים, כגון צילום תרמיחימום 17, 18 התחבורה permselective, 19, קטליזה 20, 21 מיקרופלואידיקה, ואלקטרוכימי 22 חישה, 23. כאן, אנו מדווחים הליך רומן להכין צינורות זהב בקרומי AAO. ננו החלול יש פוטנציאל יישום בplasmonic וSERS חישה, ואנו צופים צינורות זהב אלה ייאפשרו לאותות plasmon חזקים ורגישות גבוהה, הנובעים מחומר הירד dampening 15.
כאשר הממדים שלהם להתקרב לעומק החדירה של אור (~ 50 ננומטר; ננו), מתכות אצילות, וחשוב ביותר הזהב, תערוכת נכסים מעולים גודל, צורה והסביבה תלויים אופטיים 24, 25. בסולם זה, תאורה ישירה גורמת לתנודה עקבית של אלקטרון הולכה מכונה plasmon שטח התהודה (SPR). SPR תלוי מאוד בגודל nanostructure, צורה, ואת המאפיינים דיאלקטרי של סביב המדיום. יש עניין רב באפיון תכונות SPR בחומרים חדשים, כמו התקני SPR מבוססים הם מתעוררים לשימוש באופטיקה משנה גל, SERS מצעים, וחיישנים רגישים במיוחד אופטיים 11-16, 26-29. ככזה, בפיתוח שיטות חישוביות למדויק יותר לחזות כיצד גודל ומבנה יכולים להשתנות בתגובת plasmonic נשארה מטרה עיקרית. השימוש בממברנות AAO מקנה דרך נוחה להשתנות קוטר חלקיקים או האורך, ומספר מחקרים חשובים להשתמש בזה כדי לקשר ביניasured ומחושב תגובת plasmonic עם משתנה קוטר חלקיקים, אורך, ויחס רוחב 30, 31. אולי שימוש מלומדות והמצליח ביותר של חומרי plasmonic הוא כbiosensors מבוסס השביר. לשם כך, תהודות באדומות לטווח קרוב אינפרא אדום (NIR) (~ 800 – 1300 ננומטר) הן רצויות מכיוון שהם רגישים יותר לשינוי מקדם שבירה, ולשכב בחלון "המים" כזה שהם מועברים דרך מים והן רקמות אדם. ננו הפתרון suspendable עם פסגות SPR באפשרויות לטווח זה פתוח מסקרנים לbiosensing plasmonic vivo.
AAO הנקבובי כבר משמש להכנת צינורות או nanowires פולימר בסינתזת אלקטרוכימי או הרטבת תבנית, והוכיח להיות ישים למגוון רחב של חומרים. קרומי AAO כיום בשימוש לסנתז nanorods הפתרון suspendable גבוה היבט יחס ומערכי nanostructured שמתפקדים כbiosensors ביצועים גבוהים plasmonic או SERS מצעים. בעוד קרומי AAO יש בעיקר שמשו כתבניות לסינתזת מוטות מוצקות, במקרים מסוימים זה עשוי להיות רצוי למבנה כחלול. Plasmonic וSERS יישומי חישה, למשל, הם משטח מבוססים, ומבנים חלולים עם יחס גדול פני שטח לנפח עלולים להוביל לדור אות חזק יותר ורגישות גבוהה יותר 14, 15, 32. עם כל כבוד לזה, צינורות זהב היו מסונתזים משיטות שונות, כולל תגובות חילוף גלוונים על הכסף nanorods 33, ציפוי electroless 34, 35, שינוי פני שטח של הנקבוביות תבנית 36, 37, שיטות הסול ג'ל 38, וelectrodeposition 39-41. סינתזות אלו בדרך כלל עוזבות את צינורות שנוצרו גרוע, נקבוביים או לאפשר למעט מאוד שליט על הגודל והמורפולוגיה. סינתזות דווחו גם בי מעטפת מתכתית שהופקדה על ליבת פולימר בAAO קרום 42, 43. סינתזה אלה לעזוב nanot הזהבubes חייבת המצע ולהסתמך על תחריט תבנית, כדי לאפשר צמיחה של זהב סביב הפולימר, ולכן הם אינם יכולים להילמד בפתרון. יתר על כן, תחריט תבנית יש כמה חסרונות פוטנציאליים. התחריט ראשון, לא אחיד נקבובי לאורך קיר התבנית עשוי להוביל לעובי קליפת זהב לא אחיד. תחריט שנית, משמעותי (כלומר להפוך את צינורות קיר עבים מאוד) עלול להמס קירות נקבוביים לחלוטין.
ממש לאחרונה, גשרים ואח'. דיווחו שיטה חינם איכול לסנתז צינורות זהב בקרומי AAO המשתמשים פולי הקרבה (3-hexyl) ליבת thiophene ותשואות צינורות זהב הפתרון suspendable עם רגישות מקדם שבירה גבוהה מאוד 15. מאותו ולאחר מכן עבודה, התגלה כי על מנת להפקיד פגזי זהב סביב ליבת הפולימר בלי חריטה כימית, הפולימר חייב להיות צינור כזה שיש מקום אחר בפנים לקריסתו, וחייב להיות הפולימר הידרופובי כזאת שזה יהיה colתפקע על עצמו ולא להיצמד לקירות הנקבוביים תבנית 16. כאשר פולימרים הידרופילי משמשים, "קליפה" זהב באופן חלקי המכסה את ליבת הפולימר הוא ציין, המציין נדבק ליבת הפולימר לאחד הקירות של התבנית בתצהיר הזהב 44. בזאת, הפרוטוקול המפורט לסינתזה של צינוריות זהב חלולות המאפשרת שליטה על אורך וקוטר מתואר (איור 1). צינורות זהב הפתרון suspendable אלה מבטיחים חומרים למגוון רחב של יישומים, כולל biosensing plasmonic או מצעי SERS.
סינתזת בימוי תבנית של nanorods בקרומי AAO הפכה פופולרית יותר ויותר, עם זאת סינתזות של nanorods נוטות להיות רגיש מאוד כלפי שינויים קלים בתנאים חומריים וסינתזה. כאן, הבנה מקיפה של היתרונות והמגבלות של שימוש בממברנות AAO מתוארת, כמו גם הנחיות כלליות לשימוש בממברנות AAO לסינתזה של ננ…
עבודה זו נתמכה על ידי אוניברסיטת טורונטו, מדעי הטבע והנדסת מועצת המחקר של קנדה, הקרן הקנדית עבור חדשנות, וקרן מחקר אונטריו. DSS מודה אונטריו משרד פרס חוקר מוקדם ל.
Reagent/Material | |||
UniKera Standard Membrane | Synkera Technologies Inc. | SM-X-Y-13 | Anodic aluminum oxide membranes are available from synkera in various pore sizes ranging from 13 – 150 nm, and thicknesses from 50 to 100 μm. We use the 50 μm ones. They are symmetric, meaning the pore size is uniform from top to bottom. |
Anopore Inorganic Membranes | Whatman | 6809-7023 | 13 mm diameter, 200 nm pore size. These membranes are very fragile. The pore diameters are not uniform throughout, so it is important to always use the bottom of the membrane as the working electrode |
Silver Pellets %99.99 | Kurt J. Lesker | EVMAG40EXE-D | |
Copper(II) sulfate pentahydrate | Sigma-Aldrich | 209189 | |
Sulfuric acid | ACP | S8780 | Caution: corrosive liquid |
Hydrogen peroxide (30%) | ACP | H7000 | Caution: oxidizing liquid |
Nitric Acid | ACP | N2800 | Caution: corrosive fuming liquid |
Sodium Hydroxide | Fisher Scientific | S318-1 | Caution: caustic powder |
Watts Nickel Pure | Technic Inc. | 130859 | Product is no longer available from Technic inc., however other commercial nickelplating solutions will work. |
Techni-Gold 434HS | Technic Inc. | X6763600 | Contains cyanide, do not acidify |
Boron trifluoride diethyl etherate | Sigma-Aldrich | 175501-100ML | Must be stored and used under inert atmosphere |
3-hexylthiophene | Sigma-Aldrich | 399051-5G | |
Deuterium Oxide | Sigma-Aldrich | 151880-100G | |
Acetonitrile (anhydrous) | Sigma-Aldrich | 271004 | |
Ethanol (anhydrous) | Caledon Labs | 1500-1-05 | |
Equipment | |||
EC Epsilon potentiostat/galvanostat | BASi (Bioanalytical Systems, Inc.) | N/A | Reference electrodes and platinum wires were included with the potentiostat, and replacements can be purchaes from BASi http://www.basinc.com/products/ec/epsilon/features.html |
Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometer | Agilent Technologies | N/A | http://www.chem.agilent.com/en-US/products-services/Instruments-Systems/Molecular-Spectroscopy/Cary-5000-UV-Vis-NIR/Pages/default.aspx |
Thermomixer R | Eppendorf | N/A | http://www.eppendorf.com/int/index.php?action=products&contentid=1&catalognode=9832 |
Branson 2510 Ultrasonic Cleaner | Bransonic | Z244810 (From Sigma Aldrich) | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/Z244910?lang=en®ion=CA |
Covap 2 thermal evaporator | Angstrom Engineering | N/A | http://www.angstromengineering.com/covap.html |
Millipore Synergy water purification system | Millipore | N/A | http://www.millipore.com/catalogue/module/c9209 |