Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Skabelon Instrueret Syntese af plasmoniske Guld Nanorør med Justerbar IR Absorbans

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

Summary

Løsning-suspenderbare guld nanorør med kontrollerede dimensioner kan syntetiseres ved elektrokemisk deponering i porøse anodiske aluminiumoxid (AAO) membraner ved hjælp af en hydrofob polymer kerne. Guld nanorør og nanorør arrays lovende for ansøgninger i plasmoniske biosensorer, overflade-forstærket Raman spektroskopi, foto-termisk varme, ioniske og molekylær transport, MicroFluidics, katalyse og elektrokemiske sensorer.

Abstract

En næsten parallel række porer kan fremstilles ved anodisering aluminiumfolier i sure miljøer 1, 2. Anvendelser af anodiske aluminiumoxid (AAO) membraner har været under udvikling siden 1990 er og er blevet en fælles metode til skabelon syntesen af ​​høje formatforhold nanostrukturer, for det meste ved elektrokemisk vækst eller pore-befugtning. For nylig har disse membraner blevet kommercielt tilgængelige i en lang række af porestørrelser og densiteter, hvilket fører til et omfattende bibliotek af funktionelle nanostrukturer, der syntetiseres fra AAO membraner. Disse omfatter sammensatte nanorods, nanotråde og nanorør lavet af metaller, uorganiske materialer eller polymerer 3-10. Nanoporøse membraner er blevet anvendt til at syntetisere nanopartikler og nanorør arrays, der udfører såvel som brydningsindeks sensorer, plasmoniske biosensorer, eller overfladen Raman spektroskopi (SERS) substrater 11-16, samt en lang række andre områder såsom foto-termiskopvarmning 17, permselektiv transport 18, 19, katalyse 20, MicroFluidics 21 og elektrokemiske sensorer 22, 23. Her rapporterer vi en ny procedure for at forberede guld nanorør i AAO membraner. Hule nanostrukturer har potentiel anvendelse i plasmoniske og SERS sensing, og vi forventer disse guld nanorør vil give mulighed for høj følsomhed og stærke plasmon signaler, som følge af nedsat materiale dæmper 15.

Introduction

Når deres dimensioner nærmer indtrængningsdybden af lys (~ 50 nm, nanoskala), ædle metaller, og vigtigst guld, udviser udsøgte størrelse, form og miljø afhængige optiske egenskaber 24, 25. På denne skala, forårsager direkte belysning en sammenhængende svingning af lednings elektroner kendt som overfladeplasmonresonans (SPR). SPR er stærkt afhængig af nanostruktur størrelse, form, og de dielektriske egenskaber af det omgivende medium. Der er stor interesse for at karakterisere SPR egenskaber i nye materialer, som SPR-baserede enheder er ved at opstå til brug i sub-bølgelængde optik, SERS substrater, og ultra-følsomme optiske sensorer 11-16, 26-29. Som sådan mere præcist at udvikle beregningsmetoder at forudsige, hvordan størrelse og struktur kan variere plasmoniske svar er fortsat et vigtigt mål. Brugen af ​​AAO membraner giver en bekvem måde at variere partikel diameter eller længde, og flere vigtige undersøgelser bruge dette til at korrelere migasured og beregnet plasmoniske svar med varierende partikel diameter, længde, og skærmformat 30, 31. Måske den mest undersøgte og vellykkede anvendelse af plasmoniske materialer er som brydningsindeks baserede biosensorer. Til dette resonanser i det røde til nære infrarøde (NIR) område (~ 800 - 1300 nm) er ønskelige, da de er mere følsomme over brydningsindeks ændres, og ligge i "vand-vinduet", således at de overføres gennem både vand og humane væv. Løsning-suspenderbare nanostrukturer med SPR toppe i denne serie åbne spændende muligheder for in vivo plasmoniske biosensorer.

Porøst AAO er blevet anvendt til at fremstille polymere nanorør eller nanotråde ved elektrokemisk syntese eller skabelon befugtning, og vist sig at være gældende for en lang række materialer. AAO membraner bliver nu brugt til at syntetisere løsningsorienteret suspenderbare høje formatforhold nanorods og nanostrukturerede arrays, der fungerer som højtydende plasmoniske biosensorer eller SerS substrater. Mens AAO membraner meste er blevet anvendt som templates til syntese af faste stænger i nogle tilfælde kan det være ønskeligt for strukturen at være hule. Plasmoniske og SERS sensing anvendelser, for eksempel, er overfladen baseret, og hule strukturer med store overfladeareal-til-volumen-forhold kan føre til stærkere signal generation og højere følsomhed 14, 15, 32. Med hensyn til dette, er guld nanorør blevet syntetiseret ud fra forskellige metoder, herunder galvaniske udskiftning reaktioner på sølv nanorods 33, strømløs plettering 34, 35, overflademodifikation af skabelonens porer 36, 37, sol-gel-metoder 38, og elektroafsætning 39-41. Disse synteser typisk forlader dårligt dannet, porøse nanorør eller give mulighed for lidt kontrol over den størrelse og morfologi. Synteser er også blevet rapporteret, hvori en metallisk skal er afsat over en polymerkerne i en AAO membran 42, 43. Disse syntese forlader guld nanotubes bundet til substratet og er afhængige af template ætsning for at tillade vækst af guld omkring polymeren, således kan de ikke undersøges i opløsning. Endvidere template ætsning har nogle potentielle ulemper. Første, ikke-ensartet pore ætsning langs templatet væg kan føre til en uensartet guld vægtykkelse. For det andet betydelig ætsning (dvs. at gøre meget tykke væg rør) kan opløse porevægge fuldstændigt.

Ganske nylig rapporteret Bridges et al. Et ætsemiddel fri metode til syntese af guld nanorør i AAO membraner, der bruger en opofrende poly (3-hexyl) thiophen kerne og udbytter opløsning-suspenderbare guld nanorør med ekstremt højt brydningsindeks følsomhed 15. Fra denne og efterfølgende arbejde blev det opdaget, at for at deponere guld skaller rundt om polymerkerne uden kemisk ætsning, skal polymeren være rørformet således at der er indre rum for at falde sammen, og polymeren skal være hydrofob, således at det vil colbortfalder på sig selv i stedet for at overholde den skabelon porevæggene 16. Når hydrofile polymerer anvendes, er en guld "kappe" delvis dækker den polymere kerne observeret og angiver, polymerkerne overholder en af væggene i skabelonen under guld deposition 44. Heri er detaljeret protokol til syntese af hule guld nanorør, der giver mulighed for kontrol over længde og diameter beskrevet (fig. 1). Disse løsning-suspenderbare guld nanorør er lovende materialer til en bred vifte af applikationer, herunder plasmoniske biosensorer eller SERS substrater.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Dannelse af Silver arbejdselektrode

  1. Fastgør AAO membran substratet overside op på en glasplade under anvendelse af en 2-sidet klæbende. Bemærk: minimere membranarealet i kontakt med klæbemidlet, da det vil tilstoppe porerne.
  2. Installere glaspladen i substratholderen af ​​metallet fordamper, Kammeret lukkes, og evakuere til et tryk på under 1,0 μTorr.
  3. Ved hjælp af en resistiv kilde, sølv pellets (> 99,99% renhed) inddampes på substratet med en hastighed på 0,8 A / sek, indtil en lagtykkelse på 100 nm er nået, derefter forøge afdampningshastigheden til 1,5 Å / sek, indtil en endelig tykkelse på 250 nm er nået.
  4. Slip AAO membraner ved at tørre den klæbende lag med en vatpind fugtet med dichlormethan for at opløse klæbemidlet.

2. Electrodepositing kobber og nikkel

  1. Trin 2-3 bruge en brugerdefineret todelt open-face Teflon elektrokemisk celle beregnet til at holdeAAO membraner i kontakt med en ledende folie, der tjener som arbejdselektroden (fig. 2). Detaljerne i cellens konstruktion kan findes andetsteds 45. Rens en Teflon celle ved skylning 3 x 10 sekunder med acetone, ethanol, derefter 18,2 MQ deioniseret vand. Tillade cellen at tørre i den omgivende luft laboratoriet.
  2. Anbring membranen sølv-side ned på et stykke glat aluminiumfolie i Teflon elektrokemiske celle, forsegling arbejdselektroden område med en Viton-O-ring (fig. 2).
  3. Tilsættes 3,0 ml forkobring opløsning (0,95 M CuSO 4 (5H 2 O), 0,21 MH 2 SO 4) til Teflon cellen. Forbinde en platin modelektrode, vandig referenceelektroden og aluminiumfolie arbejdselektroden til en potentiostat anvendelse af en konventionel tre elektrode set-up. Anvende et potentiale på -90 mV vs Ag / AgCl i 15 minutter.
  4. Afbryd og fjern reference og hjælpestoffer elektroder, holde to styk cell og AAO membran intakt med folien, derefter skylles cellen under rindende 18,2 MOhm deioniseret vand. Lad cellen blød i 30 minutter i 5 ml 18,2 MOhm deioniseret vand for at fjerne overskydende kobber pletteringsopløsning fra i porerne.
  5. Tøm cellen, og der tilsættes 3,0 ml af kommerciel fornikling opløsning (Watts Nickel Pure fra Technic inc.) Og tilslut tælleren reference, og arbejdsvilkår elektroder som beskrevet i trin 2,3. Anvende et potentiale på -900 mV vs Ag / AgCl i 20 minutter.
  6. Afbryd og fjern reference og hjælpestoffer elektroder holder den todelte celle og AAO membran og folie intakt. Skyl cellen 3 x 10 sekunder med 18,2 MQ deioniseret vand, derefter lade det suge i 30 minutter i 5 ml 18,2 MOhm deioniseret vand til fjernelse af overskydende pletteringsopløsning fra porerne. Tillade cellen at udtørre i laboratorieomgivelsestemperatur luft natten over.

3. Electropolymerizing af polymerkerne

  1. Bring det intakte Teflon celle assembly i en inert atmosfære handskerum forsynet med udvendige tilslutninger til en potentiostat.
  2. Der fremstilles en opløsning af 30 mM 3-hexylthiophene i 3,0 ml 46% bortrifluorid i diethylether og føje den til Teflon elektrokemiske celle.
  3. Tilslut tælleren og arbejdselektroder til en potentiostat som beskrevet i trin 2.3. Tilføje en Ag / AgNO 3 acetonitril referenceelektrode og forbinde som beskrevet i trin 2.3. Anvende et potentiale på 1500 mV vs Ag / AgNO 3 i 10 min. Strømme af størrelsesordenen 0,1 mA indikerer en vellykket deposition (fig. 3).
  4. Afbryd og fjern reference og hjælpestoffer elektroder holder den todelte celle og AAO membran og folie intakt og skyl cellen med 5 ml acetonitril i handskerummet for at fjerne overskydende bortrifluorid. Fjern cellen fra handskerummet og skyl med en 5 ml alikvot af ethanol, og derefter gøre det muligt for cellen i blød i frisk ethanol i 20 min. Skyl cellen igen med 5 ml mi LLI-Q 18,2 MOhm deioniseret vand og derefter lade cellen i blød i 18,2 MOhm deioniseret vand i 20 min. Lad det tørre i den omgivende laboratorium luft.

4. Electrodepositing Gold Shell

  1. Tilsættes 3,0 ml kommerciel guldbelægning opløsning (Orotemp 24 RTU fra Technic Inc.) til Teflon cellen, blandes med en pipette i 2 min for at tillade guldbelægning opløsningen infiltrere porerne fuldstændigt og inducere hydrofobe kollaps af polymerkerne.
  2. Forbinde arbejdselektroden, modelektroden og vandig referenceelektrode til en potentiostat som i trin 2.3, og anvende -920 mV vs Ag / AgCl til forskellige tidspunkter (5 min til 5 timer). Strømme af størrelsesordenen 0,5 mA indikerer en vellykket deposition (fig. 3). Længden af guld nanorør bestemmes af deposition tid (figur 4).
  3. Skyl cellen under en strøm af 18,2 MOhm deioniseret vand og lade den tørre.
le "> 5. Fjernelse blote Materiale og isolere de Gold Nanorør

  1. Fjerne membranen fra Teflon celleenhed, og opløse sølv, kobber og nikkel med nogle få dråber kone. Salpetersyre (> 68%) på sølv belagte side. Fjerne syren og skylles membranerne 3 x 10 sekunder med 18,2 MOhm deioniseret vand.
  2. Ætse polymerkerne ved nedsænkning af membranen natten over i en 3:1 volumen / volumen opløsning af svovlsyre og 30% hydrogenperoxid (Advarsel: Denne løsning er en stærk oxidant og skal håndteres med forsigtighed).
  3. Fjern syreopløsningen og skylles membranen under en strøm af 18,2 MQ deioniseret vand. Bryde membranen i små stykker og anbringes i en 3,0 ml centrifuge hætteglas, og der tilsættes 2 ml af en vandig 3,0 M NaOH-opløsning. Bevæge hætteglasset i et opvarmet mixeren under operation ved 1.000 rpm og 40 ° C i 3 timer eller indtil membranen er opløst.
  4. Centrifugeres blandingen i 10 minutter ved 21.000 x g, supernatanten fjernes, væske og træder i stedetE den med 18,2 MOhm deioniseret vand. Gentag denne cyklus 3 gange. Hætteglasset indeholder nu guld nanorør, der kan suspenderes ved forsigtig sonikering. Efter lydbehandling og suspension løsningen skal vises lyslilla.

6. Optisk karakterisering af Gold Nanorør

  1. At måle den optiske spektre, centrifugeres opløsningen af guld nanorør i 10 minutter ved 21.000 x g, fjern ovenstående væske og udskiftes med D 2 O. Gentag denne proces 3 gange.
  2. Sonikeres blandingen i 30 sek, indtil opløsningen bliver klar, og opløsningen overføres til en 1 ml kvartskuvette.
  3. Opnå ekstinktionen spektre fra 200 nm til 2.000 nm i et UV / vis spektrofotometer, der opererer i dobbelt stråle tilstand ved hjælp af en kuvette med D 2 O som reference celle. To absorbanser bør være til stede, svarende til de tværgående og langsgående plasmon tilstande (figur 5).
  4. Til måling af solid state-spektre, proceed til trin 5.2. Stop og placere den intakte membran på et objektglas.
  5. Fugt membranen og objektglas med D 2 O at øge gennemsigtigheden.
  6. Fastgøre membranen fastgjort til et objektglas og montere den i en tynd film prøveholder for et UV / VIS spektrofotometer. Opererer i dual beam mode, en udslettelse spektre opnå fra 200 nm til 1.300 nm ved anvendelse af et objektglas som reference.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Efter hvert trin, kan man synligt afgøre, om syntesen er vellykket ved at iagttage farven på membranen. Efter kobberafsætning (trin 2,3) skabelonen vises lilla. Under nikkel aflejring (trin 2,5) skabelonen vil langsomt gå i sort. Efter at polymeren deposition (trin 3.3) skabelonen skal vises mørkere lilla / sorte og mere blank (figur 2). Typiske chronoapmerograms på vellykket polymer og guld er inkluderet (figur 3). Under den afsluttende ætsning (5.2), bør skabelonen vist lilla og uigennemsigtig (figur 2) på grund af guld nanorør SPR. Efter at membranen er opløst (trin 5.4), kan guld nanorør visualiseres ved hjælp af elektronmikroskopi (fig. 6). Guldet nanorør kan enten afbildes fra opløsning for dråbe støbning på en kobber TEM gitter, eller som en linie matrix vokset fra en guld base, ved at montere en prøve på en SEM fase før template disso ning. Membranen porestørrelse bestemmer diameteren, som varierer mellem 10 og 250 nm i overensstemmelse med producentens specifikationer. Længden af ​​guld nanorør afhænger af deposition tid, som kan indstilles fra 150 nm til adskillige mikrometer. Standardafvigelsen af længder forventes at være omkring 15% (fig. 4).

Repræsentative optiske spektre for 55 nm diameter strukturer er inkluderet (figur 5). De 55 nm diameter strukturer udviser to plasmon tilstande i opløsning: den tværgående tilstand ligger i det synlige område (520 nm) og længde-mode ligger i nær-IR-regionen (~ 1200 nm). Positionen af ​​den tværgående modus vil variere afhængigt af længden af ​​nanorør. Nanostrukturer syntetiseret i 200 nm porestørrelse skabeloner vises uklar og brun i opløsning, og scatter kraftigt i alle bølgelængder.

s/ftp_upload/50420/50420fig1highres.jpg "fo: indhold-bredde =" 6.5in "src =" / files/ftp_upload/50420/50420fig1.jpg "/>
Fig. 1. Scheme afbilder proceduren til fremstilling af guld nanorør. Den ene side af AAO membranen er belagt med sølv, efterfulgt af elektroafsætning af kobber og nikkel lag i porerne (A). Den polymere kerne er deponeret (B). Den polymere kerne falder sammen, når de udsættes for vand (C). Guldet skal er deponeret (D). Alle offer materialer ætset giver en hul guld nanorør (E). Klik her for at se større figur .

Figur 2
Figur 2. Digitale billeder af Teflon elektrokemisk celle med en sølv belagt AAO membrane med forsiden nedad på aluminiumsfolie før (A) og efter (B) samling. Billede af en AAO membranen efter kobberafsætning (C), nikkel udfældning (D), polymer deposition (E) og guld nanorør deposition efter de hellige metaller og polymer er blevet ætset (F).

Figur 3
Figur 3. Chronoamperograms af guld nanorør elektroaflejring på -920 mV (rød) og polymer kerne elektropolymerisation på 1500 mV (blå).

Figur 4
Figur 4. Graph af guld nanorør længde versus elektroafsætning tid på -920 mV til 200 nm guld nanorør. En lineær korrelation mellem længde og tid observeres. Fejllinjer repræsenterer 1 standardafvigelse i længden, baseret off 100 målinger.

Figur 5
Figur 5. Repræsentant ekstinktion spektre af en ensartet opstilling af 55 nm i diameter guld nanorør (A). Repræsentativt udslettelse spektre af opløsning suspenderet guld nanorør som længde (L) opgange (B).

Figur 6
Figur 6. Et SEM billede af en linie vifte af guld nanorør vokset fra en guld substrat fremstillet i en 55 nm pore skabelon (A) </ Strong>. Et TEM-billede af guld nanorør fremstillet i en 55 nm pore skabelon (B). Et TEM tværsnit af en guld nanorør fremstillet i en 200 nm pore-skabelon (C). Et TEM-billede af en guld nanorør fremstillet i en 200 nm pore-skabelon (D). Røde pile fremhæve lysere kontrast område af nanorør, angivelse af dens hulrum størrelse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Skabelon rettet syntese af nanorods i AAO membraner er blevet stadig mere populære, men synteser af nanorods tendens til at være meget følsom over for små ændringer i materialer og syntese forhold. Her er en bred forståelse for de fordele og begrænsninger ved brug af AAO membraner skitseret, samt en generel retningslinje for anvendelse af AAO membraner til elektrokemisk syntese af nanostrukturer.

Når du køber AAO membraner, er der to overordnede typer til rådighed: asymmetriske og symmetriske. Asymmetriske membraner har porediametre, som varierer fra toppen til bunden. Bunden af ​​skabelonerne består typisk af et forgrenet netværk af porer, som i sidste ende fører til en linie, parallel opstilling. Symmetriske membraner er også tilgængelige, og er typisk højere kvalitet, med ensartede porediametre på linie langs hele membranens tykkelse. Membraner af denne type er foretrukket, hvis målet er at skabe en array af nanostrukturer, der er bundet til et substrat.

Som indkøbt, AAO membraner er åbne ved hver ende. Formålet med den inddampede sølvlag er at danne en arbejdselektrode som tætner den ene ende af membranen. Dermed kan de hver pore at fungere som en individuel elektrokemisk celle under syntesen. Det følgende trin er elektroafsætning af metal, og kræves i asymmetriske membraner til at udfylde den forgrenede område af membranen med ikke-ensartede porediametre. Dette trin er vigtigt, for uden det, er forgrenede og uregelmæssig nanostrukturer dannet. Valget af metal er ikke vigtigt og afhænger af dine ønskede ætsning betingelser. Kobber blev anvendt på grund af dets høje ledningsevne, lav pris og let fjernelse, kan imidlertid sølv, nikkel og guld også anvendes.

Nikkellaget er vigtigt for elektropolymerisation trin. Målet med dette trin er at danne en 200-500 nm nikkelbelægning på toppen af ​​kobber for at danne et lag til the polymer til at overholde. Kun guld og nikkel har passende høj arbejdsfunktioner til støtte oxidativ polymerisation. Guld imidlertid ikke kan ætses adskilt fra nanorør (også sammensat af guld), hvorved anvendelse af guld vil resultere i rør, der er forseglet i den ene ende. Nikkel er det eneste metal, som kan anvendes i dette trin, hvis ønskede opløsning suspenderbare guld nanorør, der er åbne i begge ender.

Polymeren virker som en offer-kerne til guld nanorør shell, men valget af polymer og dens nanorør morfologi er meget vigtige. Polymeren skal være hydrofob, således at den falder sammen på sig selv ved tilsætning af den vandige guldbelægning opløsning snarere end klæbe til skabelonen væg. Denne hydrofobe kollaps giver plads til guldet nanorør, der skal deponeres mellem polymeren kerne og skabelon vægge og hydrofile polymerer underkastet den samme syntesebetingelserne ikke tillader fuld guld rør til form. Polymeren bør også dannes vedUbe snarere end en stang, som polymer stang kerner (hydrofob eller hydrofil) kan ikke skjule, derfor ikke mulighed for guld nanorør shell deposition. Morfologien af ​​polymeren kerne påvirkes også af opløsningsmidlet / elektrolyt anvendes til elektropolymerisation, hvilket også påvirker vægtykkelsen af ​​den resulterende guld nanorør. En mere detaljeret beskrivelse af mekanismen i kernen kollaps og hvordan man kan kontrollere vægtykkelsen af de resulterende guld nanorør er for nylig blevet beskrevet i litteraturen 16. I denne undersøgelse valgte vi 3-hexylthiophene som monomer og 46% bortrifluorid i diethylether som vores opløsningsmiddel / elektrolyt, da det er kendt at fremstille tyndvæggede, stærkt hydrofobe poly-3-hexylthiophene nanorør 7, 10.

Det sidste trin er electrodepositing guld shell. På dette tidspunkt er det vigtigt at sikre, at membranens porer ikke er blokeret, hvilket forhindrer elektroaflejring. Dette kan opnås ved grundigt, skånsom skylning efter each skridt, og ved at lade guld plating løsning flere minutter at trænge gennem membranen helt, før du anvender et potentiale. Den nemmeste indikation af, at en membran er blevet tilstoppet, er en lav strøm (under 1 μamp / sek diameteren af ​​membraner beskrevet her, 13 mm). Længden af ​​guld nanorør kan varieres ved at forøge aflejringen tid.

Efter syreætsning uædle metaller og polymerkerne, er guld nanorør tilbage i membranen. På dette tidspunkt deres optiske egenskaber kan studeres som et array, eller den skabelon, kan opløses og deres homogen opløsning optiske egenskaber kan observeres. Ved udførelse af optiske målinger er det vigtigt at sikre, at alle spor af vand fjernes og erstattes med deuteriumoxid, da vand vil gribe ind i nær-IR del af spektrene, hvor den langsgående plasmon indtræffer. En anden vigtig overvejelse for optiske målinger er en sammenlægning af guld nanorør i opløsning. Unmodified guld nanorør vil aggregat, hvis det efterlades i opløsning, hvilket kort lydbehandling er fuldt vender aggregering af disse nanorør, og er forpligtet til frit at suspendere dem forud for udryddelse målinger. Opløsninger af disse guld nanorør er stabile i perioder fra minutter til timer, alt efter deres størrelse, før der kræver yderligere lydbehandling.

Sammenfattende kan løsningsorienteret suspenderbare guld nanorør fremstilles i AAO membraner. AAO membraner er anvendelige til syntetisering af arrays af højt aspektforhold nanorods, og har fordele i forhold løsning baseret synteser i, at det er meget let at styre nanopartikel dimensioner. Mens løsning baseret synteser kan give mere materiale, syntetisere komplekse komposit eller hule nanopartikler er meget mere kontrolleret ved hjælp AAO membraner og muliggør syntesen af ​​ordnede arrays.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af University of Toronto, Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, den canadiske Institut for Innovation og Ontario Research Fund. DSS takker Ontario Ministeriet for en tidlig Forsker 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

Kemi Kemiteknik Materials Science Fysik Nanoteknologi Kemi og Materialer (Generelt) Composite Materials uorganisk organisk og fysisk kemi Metaller og metalliske materialer guld nanorør anodiske aluminiumoxid skabeloner overfladeplasmonresonans sensing brydningsindeks template dirigeret syntese nano
Skabelon Instrueret Syntese af plasmoniske Guld Nanorør med Justerbar IR Absorbans
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