Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Sjabloon gerichte synthese van Plasmonische Gold nanobuizen met afstelbare IR absorptie

Published: April 1, 2013 doi: 10.3791/50420
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Department of Chemistry, University of Toronto

Summary

Oplossing-opgehangen goud nanobuizen met gecontroleerde afmetingen kunnen worden gesynthetiseerd door elektrochemische depositie in poreuze anodische aluminiumoxide (AAO) membranen met een hydrofoob polymeer kern. Goud nanobuisjes en nanobuis arrays veelbelovend voor toepassingen in plasmonische biosensing, oppervlakte-enhanced Raman spectroscopie, foto-thermische verwarming, ionische en moleculaire transport, microfluidics, katalyse en elektrochemische detectie.

Abstract

Een vrijwel parallel array van poriën kan worden geproduceerd door anodiseren aluminiumfolie in zure milieus 1, 2. Toepassingen van anodische aluminiumoxide (AAO) membranen zijn in ontwikkeling sinds de jaren 1990 en zijn uitgegroeid tot een gemeenschappelijke methode om template de synthese van high aspect ratio nanostructuren, meestal door elektrochemische groei of porie-wetting. Onlangs zijn deze membranen commercieel beschikbaar in diverse poriegrootten en dichtheden, wat leidt tot een uitgebreide bibliotheek van functionele nanostructuren worden gesynthetiseerd uit AAO membranen. Deze omvatten composiet nanorods, nanodraden en nanobuizen gemaakt van metalen, anorganische materialen of polymeren 3-10. Nanoporeuze membranen zijn gebruikt om nanodeeltjes en nanobuis arrays die presteren en brekingsindex sensoren, plasmonische biosensoren of Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) substraten 11-16, alsmede diverse andere gebieden zoals foto-thermische synthetiserenverwarming 17, permselectieve transport 18, 19, 20 katalyse, microfluidics 21 en elektrochemische detectie 22, 23. Hier rapporteren we een nieuwe procedure om goud nanobuisjes te bereiden in AAO membranen. Holle nanostructuren hebben potentiële toepassing in plasmonische en SERS sensing, en we verwachten deze gouden nanobuisjes zal zorgen voor een hoge gevoeligheid en een sterke plasmon signalen, die voortvloeien uit verminderde materiaal demping 15.

Introduction

Toen hun afmetingen de indringdiepte van het licht benaderen (~ 50 nm, de nanoschaal), edele metalen, en vooral goud, vertonen uitstekende grootte, vorm en omgeving afhankelijke optische eigenschappen 24, 25. Op deze schaal directe belichting veroorzaakt een coherent trilling van geleidingselektronen zogenaamde oppervlakte-plasmonresonantie (SPR). SPR is sterk afhankelijk nanostructuur grootte, vorm en de diëlektrische eigenschappen van het omringende medium. Er is veel belangstelling voor het karakteriseren van SPR eigenschappen in nieuwe materialen, zoals SPR-gebaseerde apparaten zijn in opkomst voor gebruik in sub-golflengte optica, SERS substraten, en ultra-gevoelige optische sensoren 11-16, 26-29. Als zodanig, het ontwikkelen van computationele methoden om nauwkeuriger te voorspellen hoe omvang en structuur kan variëren plasmonische antwoord blijft een belangrijk doel. Het gebruik van AAO membranen biedt een handige manier om het deeltje een diameter of lengte variëren, en een aantal belangrijke studies gebruiken dit om mij te correlerenasured en berekend plasmonische reactie met variërende deeltjes diameter, lengte en aspectverhouding 30, 31. Misschien wel de meest bestudeerde en succesvolle gebruik van plasmonische materialen is als brekingsindex gebaseerde biosensoren. Hiervoor resonanties in de rode tot bijna-infrarood (NIR) (~ 800 - 1300 nm) zijn wenselijk aangezien zij gevoeliger zijn brekingsindex verandering, en liggen in het "water window" zodanig dat ze worden uitgezonden door zowel water en menselijke weefsels. Oplossing-opgehangen nanostructuren met SPR pieken in deze reeks geopend intrigerende mogelijkheden voor in-vivo-plasmonische biosensing.

Poreuze AAO is gebruikt om polymeer nanobuisjes of nanodraden te bereiden door synthese of elektrochemische template bevochtiging en bewezen voor diverse materialen. AAO membranen worden nu gebruikt om oplossingsgericht opgehangen hoge aspect ratio nanorods en nanogestructureerde arrays die fungeren als hoge prestaties plasmonische biosensoren of SER synthetiserenS substraten. Terwijl AAO membranen worden doorgaans gebruikt als sjablonen voor het synthetiseren vaste staven, in sommige gevallen kan het wenselijk zijn dat de structuur hol. Plasmonische en SERS detectietoepassingen bijvoorbeeld zijn gebaseerd oppervlak en holle structuren met grote oppervlaktegebied-tot-volume verhoudingen kan leiden tot sterkere signaal te maken en hogere gevoeligheid 14, 15, 32. Met betrekking hierop zijn goud nanotubes gesynthetiseerd uit verschillende methoden zoals galvanische vervanging reacties op zilver nanorods 33, stroomloos plateren 34, 35, oppervlaktemodificatie van de template poriën 36, 37, sol-gel methode 38, en elektroforese 39-41. Deze syntheses meestal verlaten slecht gevormde, poreuze nanobuisjes of zorgen voor weinig controle over de grootte en morfologie. Syntheses zijn ook gemeld waarbij een metalen mantel wordt afgezet over een polymere kern in een AAO membraan 42, 43. Deze synthese laat het goud nanotUbes gebonden aan het substraat en afhankelijk template etsen op de groei van goud in het polymeer, ze kunnen dus niet worden bestudeerd in oplossing. Bovendien template etsen heeft een aantal potentiële nadelen. Eerste niet-uniforme poriën etsen langs de mal wand kan leiden tot een niet-uniforme wanddikte goud. Ten tweede, belangrijke etsen (dat wil zeggen tot zeer dikke wand buizen te maken) kan volledig op te lossen porie muren.

Zeer recent Bridges et al.. Rapporteerde een etsmiddel vrije methode om goud nanotubes synthetiseren in AAO membranen die een offer poly (3-hexyl) thiofeen kern en opbrengsten oplossing opgehangen goud-nanobuizen met zeer hoge brekingsindex gevoeligheid 15 gebruikt. Vanaf dat en latere werk werd ontdekt dat, om goud banen rond de polymeerkern deponeren zonder chemisch etsen het polymeer moet buisvormige zodanig dat er binnenruimte voor het te storten en hydrofoob polymeer moet deze dient colvervalt op zichzelf in plaats van zich te houden aan de template porie wanden 16. Als hydrofiele polymeren worden gebruikt, wordt een gouden "sheath" gedeeltelijk de polymeerkern waargenomen, geeft de polymeerkern zich aan een van de wanden van de matrijs tijdens depositie goud 44. Hierin is de gedetailleerd protocol voor de synthese van holle goud nanobuisjes maakt controle lengte en diameter beschreven (figuur 1). Deze oplossingsgerichte opgehangen goud nanobuisjes zijn veelbelovende materialen voor een breed scala aan toepassingen, waaronder plasmonische biosensing of SERS substraten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Het vormen van de Zilveren Werken elektrode

  1. Bevestig de AAO membraan substraat bovenkant naar boven op een glazen plaat met behulp van een 2-zijdig zelfklevend. Opmerking: minimaliseren membraanoppervlak in contact met de lijm, omdat het de poriën verstoppen.
  2. Installeer de glasplaat in de substraathouder van het metaal verdamper, sluit de kamer, en evacueren naar een druk van minder dan 1,0 μTorr.
  3. Met een resistieve bron, zilver pellets (> 99,99% zuiverheid) verdampen op het substraat met een snelheid van 0,8 Å / sec tot een laagdikte van 100 nm wordt bereikt, dan verhoogt de verdampingssnelheid tot 1,5 A / sec tot een uiteindelijke dikte van 250 nm bereikt.
  4. Laat de AAO membranen schoon door de kleeflaag met een wattenstaafje bevochtigd met dichloormethaan om de lijm op te lossen.

2. Electrodepositing koper en nikkel

  1. Stappen 2-3 een aangepaste twee-delige open-face Teflon elektrochemische cel ontworpen om de te houdenAAO membranen in contact met een geleidende folie die dient als werkelektrode (figuur 2). De data van het celontwerp elders 45 worden gevonden. Reinig een Teflon cel door spoelen 3 x 10 sec met aceton, ethanol, vervolgens 18,2 MQ gedeïoniseerd water. Laat de cel drogen aan de lucht heersende laboratoriumtemperatuur.
  2. Plaats het membraan zilver naar beneden op een stuk gladde aluminiumfolie in de Teflon elektrochemische cel, het afdichten van de werkelektrode met een Viton O-ring (Figuur 2).
  3. Voeg 3,0 ml koperplateeroplossing (0,95 M CuSO 4 (5H 2 O), 0,21 MH 2 SO 4) de Teflon cel. Sluit een platina tegenelektrode waterige referentie-elektrode en de aluminiumfolie werkelektrode een potentiostaat met een gebruikelijke 3 electrode opstelling. Breng een potentiaal van -90 mV vs Ag / AgCl gedurende 15 minuten.
  4. Ontkoppel en verwijder de referentie-en hulp-elektroden, het bijhouden van de tweedelige cell en AAO membraan intact met de folie, spoel dan de cel onder stromend 18,2 MQ gedeïoniseerd water. Laat de cellen gedurende 30 minuten weken in 5 ml 18,2 MQ gedeïoniseerd water om overmaat koperplateeroplossing uit in de poriën.
  5. Leeg de cel, en voeg 3,0 ml van de commerciële vernikkelen oplossing (Watt's Nikkel Pure vanaf Technic inc.) En sluit de teller referentie, en het werken elektroden zoals beschreven in stap 2.3. Breng een potentiaal van -900 mV vs Ag / AgCl gedurende 20 minuten.
  6. Ontkoppel en verwijder de referentie-en hulp-elektroden houden van de twee-delige cel en AAO membraan en folie intact. Spoel de cel 3 x 10 sec met 18,2 MQ gedeïoniseerd water, laat het dan gedurende 30 minuten laten weken in 5 ml 18,2 MQ gedeïoniseerd water om het overtollige plating oplossing te verwijderen uit de poriën. Laat de cel grondig nacht drogen in de omgevingslucht laboratorium lucht.

3. Electropolymerizing de polymeerkern

  1. Breng de intacte Teflon cel ASSEMBLy in een inerte atmosfeer handschoenkast met externe aansluitingen op een potentiostaat.
  2. Een oplossing van 30 mM 3-hexylthiophene in 3,0 ml van 46% boortrifluoride in diethylether en toevoegen aan de Teflon elektrochemische cel.
  3. Sluit de teller en werken elektroden op een potentiostaat zoals beschreven in stap 2.3. Voeg een Ag / AgNO 3 acetonitril referentie-elektrode en aansluiten zoals beschreven in stap 2.3. Breng een potentiaal van +1,500 mV vs Ag / AgNO 3 gedurende 10 minuten. Stromen in de orde van 0,1 mA geeft een succesvolle deposition (figuur 3).
  4. Ontkoppel en verwijder de referentie-en hulp-elektroden houden van de twee-delige cel en AAO membraan en folie intact en spoel de cel met 5 ml acetonitril in het handschoenenkastje om het overtollige boortrifluoride te verwijderen. Verwijder de cel uit het handschoenenkastje en spoel na met een 5 ml van ethanol, en laat de cel om in verse ethanol gedurende 20 minuten. Weer Spoel de cel met 5 ml km lli-Q 18,2 MQ gedeïoniseerd water en laat de cel in 18,2 MQ gedeïoniseerd water laten weken gedurende 20 minuten. Laat ze drogen in de omgevingslucht laboratorium lucht.

4. Electrodepositing de Gold Shell

  1. Voeg 3,0 ml van commerciële gold plateeroplossing (Orotemp 24 RTU van Technic Inc) om de Teflon cel mengen met een pipet 2 minuten om de goudlaag oplossing volledig infiltreren de poriën en induceren hydrofobe instorting van de polymeerkern.
  2. Sluit de werkelektrode, tegenelektrode en referentie-elektrode waterige een potentiostaat zoals in stap 2.3 en toegepast -920 mV vs Ag / AgCl voor verschillende tijden (5 min tot 5 uur). Stromen in de orde van 0,5 mA geeft een succesvolle deposition (figuur 3). De lengte van de nanobuis goud wordt bepaald door de depositietijd (figuur 4).
  3. Spoel de cel onder een stroom van 18,2 MQ gedeïoniseerd water en laat ze drogen.
le "> 5. verwijderen Sacrificial Materiaal en isoleren van de Gold Nanobuisjes

  1. Verwijder het membraan van de Teflon-samenstel en los het zilver, koper en nikkel met enkele druppels geconcentreerd. Salpeterzuur (> 68%) op de zilveren gecoate zijde. Verwijder het zuur en spoel de membranen 3 x 10 sec met 18,2 MQ gedeïoniseerd water.
  2. Ets de polymeerkern door onderdompelen van het membraan overnacht in een 3:1 v / v oplossing van zwavelzuur en 30% waterstofperoxide (Pas Deze oplossing is een sterk oxidatiemiddel en moet met zorg worden).
  3. Verwijder het zuur oplossing en spoel het membraan onder een stroom van 18,2 mQ gedeïoniseerd water. Breek de membraan in kleine stukjes en doe dit in een 3,0 ml centrifuge flacon en voeg 2 ml van een waterige 3,0 M NaOH-oplossing. Schud het flesje in een verwarmde menger werkt bij 1000 tpm en 40 ° C gedurende 3 uur of totdat het membraan opgelost.
  4. Centrifugeer het mengsel gedurende 10 min bij 21.000 xg Verwijder de bovenstaande vloeistof vervanE Het met 18,2 MQ gedeïoniseerd water. Herhaal deze cyclus 3 keer. De flacon bevat nu goud nanobuisjes die kan worden geschorst door zachte sonicatie. Na sonicatie en ophanging van de oplossing moet er licht paars.

6. Optische Karakterisering van Gold Nanobuisjes

  1. Om de optische spectra te meten, de oplossing van goud nanobuisjes centrifugeren gedurende 10 min bij 21.000 xg, verwijder dan de bovenstaande vloeistof en vervang deze door D 2 O. Herhaal dit proces 3 keer.
  2. Sonificeer het mengsel gedurende 30 seconden totdat de oplossing helder, en breng de oplossing in een 1 ml kwarts cuvet.
  3. De extinctie te verkrijgen spectra van 200 nm tot 2.000 nm in een UV / VIS spectrofotometer, die in dual beam modus met een cuvette met D 2 O als referentie cel. Twee absorptie moet aanwezig zijn, namelijk het transversale en longitudinale modi plasmon (Figuur 5).
  4. Om de vaste toestand spectra, Procee metend tot 5,2 stap. Stop en zet de intacte membraan op een glasplaatje.
  5. Bevochtig het membraan en glaasje met D 2 O de transparantie te vergroten.
  6. Bevestig het membraan bevestigd aan een glasplaatje en monteren in een dunne film monsterhouder voor een UV / VIS spectrofotometer. Die actief zijn in dubbele bundel mode, het verkrijgen van de extinctie-spectra van 200 nm tot 1300 nm met behulp van een glasplaatje als referentie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Na elke stap kan men zichtbaar bepalen of de synthese succesvol door het observeren van de kleur van het membraan. Na koperafzetting (stap 2.3) de sjabloon wordt weergegeven paars. Tijdens nikkel depositie (stap 2.5) de template zal langzaam zwart. Na de afzetting van polymeer (stap 3.3) de sjabloon donkerder paars / zwart en glanzend (figuur 2). Typische chronoapmerograms succesvolle polymeer en goud zijn opgenomen (figuur 3). Tijdens de laatste etsstap (5.2), het template en ondoorzichtige paarse (figuur 2) weergegeven vanwege het goud nanobuisjes SPR. Nadat het membraan is opgelost (stap 5,4), het goud nanobuizen worden gevisualiseerd met behulp van elektronenmicroscopie (Fig. 6). Het goud nanobuizen kunnen worden afgebeeld uit oplossing druppel gieten op een koperen TEM rooster, of als een matrix uitgelijnd gegroeid uit een goud base door het aanbrengen van een monster op een SEM fase voor template disso lutie. Het membraan poriegrootte bepaalt de diameter die tussen 10 en 250 nm afhankelijk van de fabrikant. De lengte van goud nanobuisjes afhankelijk van de depositietijd, die kan worden afgestemd van 150 nm tot enkele microns. De standaarddeviatie van lengte naar verwachting ongeveer 15% (figuur 4).

Representatieve optische spectra voor 55 nm diameter structuren zijn opgenomen (figuur 5). De 55 nm diameter structuren vertonen twee modes plasmon in oplossing: de dwarsmodus die in het zichtbare gebied (520 nm) als longitudinale mode liggen in het nabije IR regio (~ 1200 nm). De positie van de transversale modus zal variëren afhankelijk van de lengte van het buisje. Nanostructuren gesynthetiseerd in 200 nm poriegrootte sjablonen troebel en bruin worden in oplossing en scatter zwaar over alle golflengten.

s/ftp_upload/50420/50420fig1highres.jpg "fo: inhoud-width =" 6,5 in "src =" / files/ftp_upload/50420/50420fig1.jpg "/>
Figuur 1. Schema beeltenis van de procedure voor het opstellen goud nanobuisjes. Een zijde van de AAO membraan bedekt met zilver, gevolgd door elektrodepositie van koper en nikkel in de poriën lagen (A). De polymeerkern afgezet (B). Het polymeer kern stort wanneer ze worden blootgesteld aan water (C). Het goud shell wordt afgezet (D). Alle offer materialen worden geëtst waardoor een holle goud nanobuis (E). Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .

Figuur 2
Figuur 2. Digitale foto's van de Teflon elektrochemische cel met een zilveren coating AAO membrane zijde naar beneden op de aluminiumfolie voor (A) en na (B) montage. Beeld van een AAO membraan na koperafzetting (C), nikkel depositie (D), afzetting van polymeer (E) en goud nanobuis afzetting na offeren metalen en polymeren zijn geëtst (F).

Figuur 3
Figuur 3. Chronoamperograms van goud nanobuis elektrodepositie bij -920 mV (rood) en polymeer kern elektropolymerisatie op +1,500 mV (blauw).

Figuur 4
Figuur 4. Graph van goud nanobuis lengte versus elektrodepositie tijd bij -920 mV voor 200 nm goud nanobuisjes. Een lineaire correlatie tussen lengte en tijd waargenomen. Foutbalken vertegenwoordigen 1 standaardafwijking in lengte, gebaseerd uit 100 metingen.

Figuur 5
Figuur 5. Representatieve spectra uitsterven van een uitgelijnde rij van 55 nm diameter goud nanotubes (A). Vertegenwoordiger uitsterven spectra van de oplossing opgeschort goud nanobuisjes als lengte (L) toeneemt (B).

Figuur 6
Figuur 6. Een SEM beeld van een uitgelijnde reeks goud nanotubes gegroeid uit een gouden ondergrond bereid in een 55 nm poriegrootte template (A) </ Strong>. Een TEM beeld van goud nanobuisjes bereid in een 55 nm poriegrootte template (B). Een TEM dwarsdoorsnede van een gouden nanobuis bereid in een 200 nm poriën template (C). Een TEM beeld van een gouden nanobuis bereid in een 200 nm poriën template (D). Rode pijlen wijzen op de lichter contrast gebied van de nanobuis, opgave van de holte grootte.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Template gerichte synthese van nanorods in AAO membranen wordt steeds populairder echter syntheses van nanorods meestal zeer gevoelig voor kleine veranderingen in materiaal en syntheseomstandigheden. Hier wordt een beter begrip van de voordelen en beperkingen van het gebruik van AAO membranen beschreven, evenals een algemene richtlijn voor het gebruik van AAO membranen voor elektrochemische synthese van nanostructuren.

Bij de aanschaf van AAO membranen, zijn er twee algemene types beschikbaar: asymmetrisch en symmetrisch. Asymmetrische membranen hebben poriëndiameters die variëren van boven naar beneden. De bodem van de templates bestaat meestal uit een vertakt netwerk van poriën, die uiteindelijk leidt naar een uitgelijnde, parallel array. Symmetrische membranen zijn ook beschikbaar en zijn meestal hogere kwaliteit, met uniform uitgelijnd poriediameters over de gehele dikte van het membraan. Membranen van dit type de voorkeur als het doel is om een ​​array van nanostructuren gebonden aan een substraat.

Zoals gekocht, AAO membranen zijn open aan beide uiteinden. Het doel van de verdampte zilverlaag is om een ​​werkelektrode die zegels een uiteinde van het membraan. Hierdoor kan elke porie als een afzonderlijke elektrochemische cel optreden tijdens de synthese. De volgende stap is de elektrodepositie van metaal, en is noodzakelijk asymmetrische membranen te vullen in de vertakte gebied van het membraan met niet-uniforme poriediameters. Deze stap is belangrijk omdat zonder, vertakte en onregelmatige nanostructuren gevormd. De keuze van metaal is niet belangrijk en is afhankelijk van de gewenste etscondities. Koper werd gebruikt vanwege de hoge geleidbaarheid, lage kosten en gemak van verwijdering, kan echter zilver, nikkel en goud worden gebruikt.

De nikkellaag is belangrijk voor de elektropolymerisatie stap. Het doel van deze stap is een 200-500 nm nikkel coating te vormen bovenop het koper vormt een laag voor ee polymeer zich te houden aan. Alleen goud en nikkel hebben voldoende hoge werk functies voor oxidatieve polymerisatie te ondersteunen. Goud echter niet los geëtst uit het buisje (ook uit goud), dus met goud zou resulteren in buizen die aan een uiteinde afgesloten. Nikkel is de enige metaal dat kan worden gebruikt in deze stap indien u oplossing opgehangen goud nanobuisjes die open zijn aan beide uiteinden.

Het polymeer dient als een kern voor het offer goud nanobuis shell, maar de keuze van polymeer en de nanobuis morfologie zijn belangrijk. Het polymeer moet hydrofoob, zodat het inzakt op zichzelf na toevoeging van de waterige oplossing goudlaag niet hechten aan de wand template. Deze hydrofobe instorting een ruimte voor het goud nanobuis te storten tussen de polymeerkern en template wanden en hydrofiele polymeren aan dezelfde syntheseomstandigheden niet toelaten volledig goud buizen vorm. Het polymeer moet vormen bijube in plaats van een staaf, als polymeer staaf kernen (hydrofoob of hydrofiel) niet kan instorten, dus geen ruimte voor goud nanobuis shell depositie. De morfologie van de polymeerkern wordt ook beïnvloed door de oplosmiddel / elektrolyt gebruikt elektropolymerisatie, die ook de wanddikte van de verkregen goud nanobuis. Een meer gedetailleerde beschrijving van het mechanisme van de kern instorten en hoe wanddikte van de verkregen goud nanobuisjes is onlangs in de literatuur beschreven 16. In dit onderzoek is gekozen 3-hexylthiophene als monomeer en 46% boortrifluoride in diethylether als oplosmiddel onze / elektrolyt aangezien bekend is dunwandig sterk hydrofobe poly-3-hexylthiophene nanotubes 7, 10 produceren.

De laatste stap is electrodepositing het goud shell. Op dit punt is het cruciaal om de poriën van het membraan niet verstopt, die voorkomt elektrodepositie. Dit kan worden bereikt door grondige, zachte spoeling na each stap en door de goudlaag oplossing enkele minuten het membraan permeaat geheel voor een potentiaal. De eenvoudigste indicatie dat een membraan verstopt is een lage stroom (minder dan 1 μamp / sec de diameter van membranen hier beschreven, 13 mm). De lengte van het goud nanobuis kan worden gevarieerd door het verhogen van de depositietijd.

Na zuur etsen van het basismetaal en polymeer kern, worden de gouden nanobuizen links in het membraan. Op dit punt de optische eigenschappen kan worden bestudeerd als een array of de sjabloon worden opgelost en de homogene oplossing optische eigenschappen kan worden waargenomen. Bij het uitvoeren van optische metingen is belangrijk dat alle sporen water worden verwijderd en vervangen door deuterium oxide, water verstoren de nabije-IR deel van de spectra waar de longitudinale mode plasmon optreedt. Een andere belangrijke overweging voor optische metingen is de samenvoeging van goud nanotubes in oplossing. Unmodified goud nanobuisjes zullen de totale als u deze in oplossing, waardoor korte sonificatie keert volledig aggregatie van deze nanobuisjes, en is nodig om vrij geschorst voor uitsterven metingen. Oplossingen van deze gouden nanobuisjes stabiel over een periode van minuten tot uren, afhankelijk van de grootte, die verder vóór sonicatie.

Samenvattend kan worden opgehangen goud-oplossing nanobuizen worden bereid AAO membranen. AAO membranen zijn bruikbaar voor het synthetiseren van arrays van hoge aspectverhouding nanorods en zijn voordelen ten opzichte oplossing gebaseerde syntheses in dat het zeer eenvoudig om nanodeeltjes van maten. Terwijl oplossing gebaseerde syntheses kan meer materiaal opleveren, synthetiseren complex composiet of holle nanodeeltjes veel gecontroleerd met AAO membranen en maakt de synthese van geordende arrays.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door de Universiteit van Toronto, het Natural Sciences and Engineering Research Council van Canada, de Canadese Stichting voor Innovatie en de Ontario Research Fund. DSS bedankt de Ontario ministerie van een Early Onderzoeker Award.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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&region=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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lee, W., Ji, R., Gösele, U., Nielsch, K. Fast fabrication of long-range ordered porous alumina membranes by hard anodization. Nature Publishing Group. 5 (9), 741-747 (2006).
  2. Li, F., Zhang, L., Metzger, R. M. On the growth of highly ordered pores in anodized aluminum oxide. Chemistry of Materials. 10 (9), 2470-2480 (1998).
  3. Martin, C. R. Template synthesis of electronically conductive polymer nanostructures. Accounts of Chemical Research. 28 (2), 61-68 (1995).
  4. Martin, C. R. Membrane-based synthesis of nanomaterials. Chemistry of Materials. 8 (8), 1739-1746 (1996).
  5. Possin, G. E. A method for forming very small diameter wires. Review of Scientific Instruments. 41 (5), 772-774 (1970).
  6. Goad, D. G. W., Moskovits, M. Colloidal metal in aluminum-oxide. Journal of Applied Physics. 49 (5), 2929-2934 (1978).
  7. Huesmann, D., DiCarmine, P. M., Seferos, D. S. Template-synthesized nanostructure morphology influenced by building block structure. Journal of Materials Chemistry. 21 (2), 408-40 (2011).
  8. Steinhart, M., Wendorff, J. H., et al. Polymer nanotubes by wetting of ordered porous templates. Science. 296 (5575), 1997 (2002).
  9. Hulteen, J. C., Martin, C. R. A general template-based method for the preparation of nanomaterials. Journal of Materials Chemistry. 7 (7), 1075-1087 (1997).
  10. DiCarmine, P. M., Fokina, A., Seferos, D. S. Solvent/Electrolyte Control of the Wall Thickness of Template-Synthesized Nanostructures. Chemistry of Materials. 23 (16), 3787-3794 (2011).
  11. Wei, W., Li, S., et al. Surprisingly long-range surface-enhanced Raman scattering (SERS) on Au-Ni multisegmented nanowires. Angewandte Chemie International Edition. 48 (23), 4210-4212 (2009).
  12. Qin, L., Zou, S., Xue, C., Atkinson, A., Schatz, G. C., Mirkin, C. A. Designing, fabricating, and imaging Raman hot spots. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (36), 13300-13303 (2006).
  13. Ruan, C., Eres, G., Wang, W., Zhang, Z., Gu, B. Controlled Fabrication of Nanopillar Arrays as Active Substrates for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. Langmuir. 23 (10), 5757-5760 (2007).
  14. McPhillips, J., Murphy, A., et al. High-Performance Biosensing Using Arrays of Plasmonic Nanotubes. ACS Nano. 4 (4), 2210-2216 (2010).
  15. Bridges, C. R., DiCarmine, P. M., Seferos, D. S. Gold Nanotubes as Sensitive, Solution-Suspendable Refractive Index Reporters. Chemistry of Materials. 24 (6), 963-965 (2012).
  16. Bridges, C. R., DiCarmine, P. M., Fokina, A., Huesmann, D., Seferos, D. S. Synthesis of Gold Nanotubes with Variable Wall Thicknesses. Journal of Materials Chemistry A. 1, 1127-1133 (2013).
  17. Kennedy, L. C., Bickford, L. R., et al. A New Era for Cancer Treatment: Gold-Nanoparticle-Mediated Thermal Therapies. Small. 7 (2), 169-183 (2010).
  18. Lee, S. B., Martin, C. R. pH-Switchable, Ion-Permselective Gold Nanotubule Membrane Based on Chemisorbed Cysteine. Analytical Chemistry. 73 (4), 768-775 (2001).
  19. Velleman, L., Shapter, J. G., Losic, D. Gold nanotube membranes functionalised with fluorinated thiols for selective molecular transport. Journal of Membrane Science. 328 (1-2), 1-2 (2009).
  20. Sanchez-Castillo, M. A., Couto, C., Kim, W. B., Dumesic, J. A. Gold-Nanotube Membranes for the Oxidation of CO at Gas-Water Interfaces. Angewandte Chemie( International ed. in English). 43 (9), 1140-1142 (2004).
  21. Kim, B. Y., Swearingen, C. B., Ho, J. -A. A., Romanova, E. V., Bohn, P. W., Sweedler, J. V. Direct Immobilization of Fab' in Nanocapillaries for Manipulating Mass-Limited Samples. Journal of the American Chemical Society. 129 (24), 7620-7626 (2007).
  22. Delvaux, M., Walcarius, A., Demoustier-Champagne, S. Electrocatalytic H2O2 amperometric detection using gold nanotube electrode ensembles. Analytica Chimica Acta. 525 (2), 221-230 (2004).
  23. Kohli, P., Wirtz, M., Martin, C. R. Nanotube Membrane Based Biosensors. Electroanalysis. 16 (12), 9-18 (2004).
  24. Ruppin, R. Electromagnetic Surface Modes. , John Wiley & Sons. New York. (1982).
  25. Sonninchsen, C. Plasmons in Metal Nanostructures. , Culliver Verlag. Gottingen. (2001).
  26. Barnes, W. L., Dereux, A., Ebbesen, T. W. Surface plasmon subwavelength optics. Nature. 424, 824-830 (2003).
  27. Maier, S. A., Kik, P. G., et al. Local detection of electromagnetic energy transport below the diffraction limit in metal nanoparticle plasmon waveguides. Nature Materials. 2 (4), 229-232 (2003).
  28. Barhoumi, A., Zhang, D., Tam, F., Halas, N. J. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy of DNA. Journal of the American Chemical Society. 130 (16), 5523-5529 (2008).
  29. Yin, J., Wu, T., et al. SERS-Active Nanoparticles for Sensitive and Selective Detection of Cadmium Ion (Cd2. Chemistry of Materials. 23 (21), 4756-4764 (2011).
  30. Schmucker, A. L., Harris, N., et al. Correlating Nanorod Structure with Experimentally Measured and Theoretically Predicted Surface Plasmon Resonance. ACS Nano. 4 (9), 5453-5463 (2010).
  31. Payne, E. K., Shuford, K. L., Park, S., Schatz, G. C., Mirkin, C. A. Multipole Plasmon Resonances in Gold Nanorods. The Journal of Physical Chemistry B. 110 (5), 2150-2154 (2006).
  32. Moskovits, M. Surface-enhanced spectroscopy. Reviews of Modern Physics. 57 (3), 783 (1985).
  33. Sieb, N. R., Wu, N. -C., Majidi, E., Kukreja, R., Branda, N. R., Gates, B. D. Hollow metal nanorods with tunable dimensions, porosity, and photonic properties. ACS Nano. 3 (6), 1365-1372 (2009).
  34. Muench, F., Kunz, U., Neetzel, C., Lauterbach, S., Kleebe, H. -J., Ensinger, W. 4-(Dimethylamino)pyridine as a Powerful Auxiliary Reagent in the Electroless Synthesis of Gold Nanotubes. Langmuir. 27 (1), 430-435 (2011).
  35. Wirtz, M., Martin, C. R. Template-Fabricated Gold Nanowires and Nanotubes. Advanced Materials. 15 (5), 455-458 (2003).
  36. Sehayek, T., Lahav, M., Popovitz-Biro, R., Vaskevich, A., Rubinstein, I. Template Synthesis of Nanotubes by Room-Temperature Coalescence of Metal Nanoparticles. Chemistry of Materials. 17 (14), 3743-3748 (2005).
  37. Lahav, M., Sehayek, T., Vaskevich, A., Rubinstein, I. Nanoparticle Nanotubes. Angewandte Chemie (International ed. in English). 42 (45), 5576-5579 (2003).
  38. Hua, Z., Yang, S., et al. Metal nanotubes prepared by a sol-gel method followed by a hydrogen reduction procedure. Nanotechnology. 17 (20), 5106-5110 (2006).
  39. Lee, W., Scholz, R., Nielsch, K., Gösele, U. A Template-Based Electrochemical Method for the Synthesis of Multisegmented Metallic Nanotubes. Angewandte Chemie (International ed. in English). 44 (37), 6050-6054 (2005).
  40. Cui, C. -H., Li, H. -H., Yu, S. -H. A general approach to electrochemical deposition of high quality free-standing noble metal (Pd, Pt, Au, Ag) sub-micron tubes composed of nanoparticles in polar aprotic solvent. Chemical Communications. 46 (6), 940 (2010).
  41. Han, X. -F., Shamaila, S., Sharif, R., Chen, J. -Y., Liu, H. -R., Liu, D. -P. Structural and Magnetic Properties of Various Ferromagnetic Nanotubes. Advanced Materials. 21 (45), 4619-4624 (2009).
  42. Hendren, W. R., Murphy, A., et al. Fabrication and optical properties of gold nanotube arrays. Journal of Physics: Condensed Matter. 20 (36), 362203 (2008).
  43. Lahav, M., Weiss, E. A., Xu, Q., Whitesides, G. M. Core-Shell and Segmented Polymer-Metal Composite Nanostructures. Nano Letters. 6 (9), 2166-2171 (2006).
  44. Chen, X., Li, S., Xue, C., Banholzer, M. J., Schatz, G. C., Mirkin, C. A. Plasmonic Focusing in Rod-Sheath Heteronanostructures. ACS Nano. 3 (1), 87-92 (2009).
  45. Banholzer, M. J., Qin, L., Millstone, J. E., Osberg, K. D., Mirkin, C. A. On-wire lithography: synthesis, encoding and biological applications. Nature Protocols. 4 (6), 838-848 (2009).

Tags

Chemie Chemical Engineering Materiaalkunde Natuurkunde nanotechnologie chemie en Materialen (algemeen) Composiet Materialen anorganische organische en Fysische Chemie metalen en metalen materialen goud nanobuisjes anodische aluminiumoxide sjablonen surface plasmon resonantie sensing brekingsindex sjabloon gerichte synthese nano
Sjabloon gerichte synthese van Plasmonische Gold nanobuizen met afstelbare IR absorptie
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bridges, C. R., Schon, T. B.,… More

Bridges, C. R., Schon, T. B., DiCarmine, P. M., Seferos, D. S. Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance. J. Vis. Exp. (74), e50420, doi:10.3791/50420 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter