Summary
Kontrol boyutlarını ile Solüsyonu-suspendable altın nanotüpler bir hidrofobik polimer çekirdek kullanılarak gözenekli anodik alüminyum oksit (AAO) membranları içinde elektrokimyasal depolanması ile sentezlenebilir. Altın nanotüpler ve nanotüp diziler plasmonik Biyoalgılayıcı, yüzey geliştirilmiş Raman spektroskopisi, foto-termal ısıtma, iyonik ve moleküler taşıma, ve arayüz, kataliz ve elektrokimyasal algılama uygulamaları için ümit vericidir.
Abstract
Boşluk oranı hemen hemen paralel bir dizi asidik ortamlar, 1, 2, alüminyum folyo anotlama ile üretilebilir. Anodik alüminyum oksit (AAO) membranların Uygulamaları 1990 yılından bu yana geliştirilmekte olan olmuştur ve şablonu çoğunlukla elektrokimyasal büyüme veya gözenek-ıslatma-boy oranı yüksek nanoyapıların sentezi için yaygın bir yöntem haline gelmiştir. Son zamanlarda, bu membran AAO membranlarından sentezlendiği fonksiyonel Nano geniş bir kütüphane yol açan, gözenek boyutları ve yoğunluklarda çeşitli ticari olarak mevcut hale gelmiştir. Bu kompozit nanoçubuklar nanoteller ve metaller, inorganik malzemeler ya da polimerler 3-10 yapılmış nanotüpler içerir. Nanogözenekli membran iyi kırılma indisi sensörler, plasmonik biyosensörler, ya da yüzey geliştirilmiş Raman Spektroskopisi (SERS) alt tabakalar 11-16 yanı sıra, bu gibi foto-termal gibi diğer alanlarda geniş olarak gerçekleştirmek nanoparçacık ve nanotüp dizilerini sentezlemek için kullanılmıştırIsıtma 17, permselective nakil 18, 19, 20 kataliz, ve arayüz 21 ve elektrokimyasal algılama 22, 23. Burada, AAO membranlar altın nanotüpler hazırlamak için yeni bir yöntem sunulmaktadır. Hollow nanoyapıların plasmonik ve SERS algılama potansiyel uygulama var ve biz bu altın nanotüpler 15 nemlendirme azalmıştır malzemeden kaynaklanan, yüksek hassasiyet ve güçlü plazmon sinyaller için izin bekliyorlar.
Introduction
Bunların boyutları penetrasyon ışık derinliği yaklaştığınızda (~ 50 nm; nano), metaller, ve en önemlisi altın, zarif boyut, şekil ve çevre bağımlı optik özellikleri 24, 25 sergilerler. Bu ölçekte, direkt aydınlatma yüzey plasmon rezonans (SPR) olarak bilinen bir iletim elektron tutarlı bir salınım neden olur. SPR nano boyut, şekil ve çevreleyen ortamın dielektrik özellikleri üzerinde son derece bağlıdır. SPR tabanlı aygıtlar alt dalga boyu optik, SERS yüzeyler, ve ultra-hassas optik sensörler 11-16, 26-29 kullanım için ortaya çıkıyor gibi, yeni malzeme SPR özelliklerini karakterize büyük ilgi var. Gibi, hesaplamalı yöntemler geliştirmek daha doğru boyutu ve yapısı plasmonik yanıtı önemli bir hedef olmaya devam etmektedir nasıl farklılık tahmin. AAO membranların kullanımı partikül çapı veya uzunluğunu değiştirmek için uygun bir yol tanıyor, ve bazı önemli çalışmalar da benim ilişkilendirmek için bunu kullanınölçülü ve partikül çapı, uzunluğu ve boy oranı 30, 31 değişen plasmonik yanıtı hesaplanmıştır. Belki plasmonik malzemelerin en çok çalışılan ve başarılı kullanımı refraktif indeks bazlı biyosensörler gibidir. Bunun için, yakın kızılötesi (NIR) aralığı (~ 800 - 1300 nm) kırmızı rezonanslar onlar kırılma indeksi değişim karşı daha duyarlıdır ve "su penceresi" yalan beri arzu onlar su ve ikisi yoluyla iletilir böyle insan dokuları. Vivo plasmonik biosensörleme bu seriden açık ilginç olanakları SPR zirveleri ile Çözüm-suspendable nanoyapıların.
Gözenekli AAO elektrokimyasal sentez veya şablon ıslatma polimer nanotüpler veya nanoteller hazırlamak için kullanılan ve malzeme geniş bir yelpazede uygulanabilir olduğu kanıtlanmıştır. AAO membranlar artık çözüm suspendable boy oranı yüksek nanoçubuklar ve yüksek performanslı plasmonik biyosensörler veya SER olarak işlev nanoyapılı diziler sentezlemek için kullanılıyorS yüzeyler. AAO membran çoğunlukla katı çubuklar sentezi için şablon olarak kullanılmış olsa da, bazı durumlarda, bu oyuk olacak şekilde yapı için arzu edilebilir. Plasmonik ve SERS algılama uygulamaları, örneğin, yüzey bazlı olan ve geniş yüzey alanlı-hacim oranına sahip içi boş yapılar daha güçlü bir sinyal üretimi ve daha yüksek hassasiyet, 14, 15, 32 yol açabilir. Bu açıdan, altın nanotüpler gümüş nanoçubuklar 33, elektriksiz kaplama 34, 35, 36 şablon gözeneklerin yüzey modifikasyonu, 37, sol-jel yöntemlerinin 38, 39-41 ve elektro galvanik değiştirme tepkimeleri de dahil olmak üzere çeşitli yöntemlerle sentezlenmektedir edilmiştir. Bu sentezler genellikle kötü oluşmuş, gözenekli nanotüpler bırakmak veya boyut ve morfoloji üzerinde çok az kontrole izin verir. Metalik bir kabuk bir AAO membran 42, 43 bir polimer çekirdek üzerine yatırılır neyin sentezi de bildirilmiştir. Bu sentez altın nanot bırakınUBE yüzeye bağlı ve bu nedenle çözelti olarak incelenebilir olamaz, polimer etrafında altın büyüme sağlamak için şablon aşındırma dayanır. Ayrıca, şablon dağlama bazı potansiyel dezavantajları vardır. Şablon duvar boyunca İlk olarak, düzgün olmayan gözenek aşındırma düzgün olmayan bir altın kabuk kalınlığı yol açabilir. İkincisi, önemli gravür (yani çok kalın etli boru yapmak için) tamamen gözenek duvarlarına feshedebilir.
Çok yakın zamanda, Köprüler ve ark. (3-heksil) son derece yüksek kırılma indeksi duyarlılığı 15 ile tiyofen çekirdek ve verimleri çözüm suspendable altın nanotüpler kurbanlık poli kullanır AAO zarlarında altın nanotüpler sentezlemek için bir etchant ücretsiz yöntem bildirdi. Bu ve daha sonraki çalışma bakıldığında, kimyasal dağlama olmaksızın polimer çekirdek çevresinde altın kabukları yatırmak için, polimer daraltmak için iç alanı olduğundan bu tür boru şeklinde olması ve polimer, öyle ki bu olacak hidrofobik olması gerektiği keşfedilmiştir colkendi üzerine sukut yerine şablon gözenek duvarlarına 16 yapışır. Hidrofilik polimerler kullanıldığı zaman, kısmen polimer çekirdek içeren bir altın "kılıf" altın tortu 44 boyunca şablonun bir duvar için polimer çekirdek yapışır gösteren görülmektedir. Burada, uzunluk ve çap üzerinde kontrol sağlayan içi boş altın nanotüpler sentezi için ayrıntılı bir protokol (Şekil 1) tarif edilir. Bu çözüm suspendable altın nanotüpler plasmonik Biyoalgılayıcı veya SERS substratlar içeren geniş bir uygulama yelpazesi için malzemeler umut vericidir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Gümüş Çalışma Elektrot Şekillendirme
- 2-taraflı yapışkan kullanarak bir cam plaka üzerine AAO membran yüzey üst tarafı yukarı sabitleyin. Not: yapıştırıcı ile temas içinde membran alanı en aza indirmek, bu gibi gözenekleri tıkar.
- Metal buharlaştırma substrat tutucu içine cam plakasını takın, odanın kapatın ve aşağıda 1.0 μTorr bir basınç tahliye.
- 100 nm bir tabaka kalınlığı elde edilene kadar bir direnç kaynağı kullanarak, 0.8 A / sn hızında yüzeye gümüş granüller (>% 99.99 saflıkta) buharlaşır ve sonra bir nihai kalınlığa kadar 1.5 a / sn için buharlaşma oranını arttırmak 250 nm ulaşılır.
- Yapışkan çözünmesi diklorometan ile ıslatılmış bir pamuk çubukla yapışkan tabaka silerek AAO membranlar bırakın.
2. Bakır ve Nikel Electrodepositing
- Adımlar 2-3 tutmak için tasarlanmış özel bir iki parça açık yüz teflon elektrokimyasal hücre kullanınÇalışan elektrot (Şekil 2) olarak görev yapan bir iletken bir tabaka ile temas halinde AAO membranlar. Hücre tasarımının başka ayrıntılar 45 bulunabilir. Sonra aseton, etanol, 3 18,2 MΩ deiyonize su x 10 sn durulama tarafından teflon hücreyi temizleyin. Ortam laboratuvar havada kurumaya hücre izin verin.
- Viton O-ring (Şekil 2) ile çalışan elektrot alanı mühürleme, teflon elektrokimyasal hücre pürüzsüz alüminyum folyo bir parça üzerine membran gümüş tarafı aşağı gelecek şekilde yerleştirin.
- Teflon hücreye bakır kaplama çözeltisi (0.95 M CuSO 4 (5H 2 O), 0.21 MH 2 SO 4) 3.0 ml ekleyin. Platin elektrot, sulu referans elektrot ve bir konvansiyonel 3 elektrot set-up kullanarak potansiyostat için alüminyum folyo çalışan elektrot bağlayın. 15 dakika boyunca -90 mV vs Ag / AgCl potansiyel uygulayın.
- Ayırın ve referans ve yardımcı elektrotlar, iki parça ce tutmakll ve folyo ile sağlam AAO membran, ardından 18,2 MΩ deiyonize suyun altında hücre durulayın. Hücre gözenekleri içinde fazla bakır kaplama çözeltisi kaldırmak için 5 ml'lik 18.2 MΩ deiyonize su içinde 30 dakika için ıslanmaya edelim.
- Boş hücre, ve ticari nikelaj solüsyonu 3.0 ml (Teknik inc Saf Watt'ın Nikel.) Ekleyin ve sayaç referans bağlayın ve adım 2.3 'de açıklandığı gibi çalışan elektrotlar. 20 dk -900 mV vs Ag / AgCl potansiyel uygulayın.
- Ayırın ve iki parçalı hücre ve AAO zarı bozulmadan folyo tutmak referans ve yardımcı elektrotlar çıkarın. 18.2 MΩ deiyonize su ile hücre 3 x 10 sn durulayın, sonra gözenekleri fazla kaplama çözeltisi uzaklaştırmak için 5 ml'lik 18.2 MΩ deiyonize su içinde 30 dakika süreyle ıslatın. Hücre iyice gecede ortam laboratuar havada kurumasını bekleyin.
3. Polimer Çekirdek Electropolymerizing
- Sağlam Teflon hücre ASSEMBL getirBir potansiyostat dış bağlantılara sahip inert bir atmosfer torpido içine y.
- Dietil eter içinde% 46 boron triflorit 3.0 ml 30 mM 3-hexylthiophene eden bir çözelti hazırlayın ve Teflon elektrokimyasal hücre ekleyin.
- Adım 2.3 'de tarif edildiği gibi bir potensiyostat için sayaç ile çalışan elektrot bağlayın. Bir Ag / 3 AgNO asetonitril referans elektrotu ekleyin ve aşama 2.3 'te açıklandığı gibi bağlanır. 10 dakika için 1500 mV vs Ag / AgNO 3 potansiyel bir uygulama. 0.1 mA sipariş üzerine Akımları başarılı bir birikimi (Şekil 3) gösterir.
- Ayırın ve iki parçalı hücre ve AAO membran tutmak referans ve yardımcı elektrotlar kaldırmak ve sağlam folyo ve aşırı boron trifluoride kaldırmak için torpido gözünde asetonitril 5 ml hücre durulayın. Eldiven kutusundan hücre çıkarın ve etanol, 5 ml bir örnek ile durulanması ve sonra da hücre, 20 dakika boyunca taze etanol içinde emmek için izin verir. 5 ml mil ile tekrar hücre Durulama lli-Q 18.2 MΩ deiyonize su ve sonra hücre, 20 dakika boyunca 18.2 MΩ deiyonize su emmek için izin verir. Bu ortam laboratuar havada kurumasını bekleyin.
4. Gold Shell Electrodepositing
- Teflon hücre için ticari altın kaplama çözeltisi (Teknik Inc Orotemp 24 RTU) 3.0 ml ilave edilir, altın kaplama solüsyonu tamamen gözenekler sızmak ve polimer damarın hidrofobik çökme indüklemek sağlamak için 2 dakika süreyle bir pipet ile karıştırın.
- Çalışma elektrotu, karşı elektrot ve adım 2.3 'de olduğu gibi, bir potensiyostat için sulu bir referans elektrotu bağlan, ve değişik saatlerde için -920 mV vs Ag / AgCI (5 dakika ile 5 saat) uygulanır. 0.5 mA sipariş üzerine Akımları başarılı bir birikimi (Şekil 3) gösterir. Altın nanotube uzunluğu çökelme zaman (Şekil 4) tarafından tespit edilir.
- 18.2 MΩ deiyonize su akışı altında hücre durulayın ve kurutun.
- Teflon hücre tertibatından membran çıkarın ve kons bir kaç damla ile gümüş, bakır ve nikel çözülür. Gümüşle kaplanmış taraf üzerinde Nitrik asit (>% 68). Asit çıkarın ve 18,2 MΩ deiyonize su ile membranlar 3 x 10 sn yıkayın.
- Bir sülfürik asit 3:01 v / v solüsyonu ve% 30 hidrojen peroksit (Dikkat! Bu çözelti güçlü bir oksitleyicidir ve dikkatle ele alınması gereken) içinde gece boyunca zar daldırarak Asitli polimer çekirdek.
- Asit çözeltisi çıkarın ve 18.2 mΩ deiyonize su akışı altında zar yıkayın. 3.0 ml santrifüj şişesi içinde ufak parçalar ve yerine membran Break ve bir sulu 3.0 M NaOH solüsyonu 2 ml ekleyin. 1000 rpm ve 40 ısıtılmış bir karıştırıcı içinde vial karıştırın ° C'de 3 saat süre ile ya da zar çözününceye kadar.
- 21,000 x g'de 10 dakika boyunca santrifüje karışım, süpernatan sıvı kaldırmak ve yenileriyle değiştirilmesini18.2 MΩ deiyonize su ile e. Bu döngü 3 kez tekrarlayın. Flakon şimdi nazik sonication tarafından askıya alınabilir altın nanotüpler içerir. Sonication ve süspansiyon üzerine çözüm mor ışık görünmelidir.
6. Altın Nanotüpler Optik Karakterizasyonu
- Optik spektrumu ölçmek için, 21,000 x g'de 10 dakika boyunca altın nanotüpler çözeltisi santrifüj, süpernatan sıvı kaldırmak ve D 2 O ile değiştirin Bu işlemi 3 kez tekrarlayın.
- Çözelti berrak hale gelinceye kadar 30 saniye süreyle sonikasyon karışım, ve bir 1 ml kuartz küvet içinde çözelti aktarın.
- Referans hücre olarak D 2 O ile bir küvet ile çift ışın modunda çalışırken, 200 nm UV / VIS Spektrofotometre 2.000 nm nesli spektrumları edinin. İki absorbans, enine ve uzunlamasına plazmon modları (Şekil 5) karşılık gelen mevcut olmalıdır.
- Katı hal spektrumu, procee ölçmek için,d 5.2 adıma. Durun ve bir cam slayt üzerine sağlam membran yerleştirin.
- Membran ve şeffaflığı artırmak için D 2 O ile cam slayt ıslatın.
- Bir cam slayt sabitlenmiş membran takın ve UV / vis spektrofotometre için ince bir tabaka numune tutucuya monte edin. Çift ışın modu Çalışma, 200 nm referans olarak bir cam slayt kullanarak 1,300 nm bir tükenme spektrumları elde.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Her adımdan sonra, tek gözle sentezi membranın rengi gözlemleyerek başarılı olup olmadığını belirleyebilirsiniz. Bakır birikimi sonra (adım 2.3) şablonu mor görünür. Nikel birikimi sırasında (adım 2.5) şablonu yavaş yavaş siyaha dönecek. Polimer birikimi (adım 3.3) sonra şablonu (Şekil 2) koyu siyah / mor ve daha parlak görünecektir. Başarılı bir polimer ve altın Tipik chronoapmerograms (Şekil 3) yer almaktadır. Nihai dağlama adımı (5.2) sırasında, şablonu nedeniyle altın nanotüpler SPR (Şekil 2) mor ve opak görünmelidir. Membran (adım 5.4) çözündürüldü sonra, altın nanotüpler elektron mikroskobu (Şekil 6) kullanılarak görüntülenebilir. Altın nanotüpler ya şablonu kapatılması konusu öncelikli bir bakır TEM ızgara üzerine damla döküm çözüm görüntülenmiştir veya hizalanmış dizi öncesinde bir SEM sahneye örnek montaj tarafından altın üsten yetiştirilen olarak alınabilir geçirdikleri evrim. Membran gözenek boyutu üreticinin özelliklerine göre 10 ila 250 nm değişir çapı belirler. Altın nanotüpler uzunluğu 150 nm birkaç mikron ayarlanabilir biriktirme zamanı, bağlıdır. Uzunluklarda standart sapma yaklaşık% 15 (Şekil 4) olduğu tahmin edilmektedir.
55 nm çaplı yapılar için Örnek optik spektrumu (Şekil 5) mevcuttur. Görünür bölgede (520 nm) ve yakın kızılötesi bölgenin (~ 1,200 nm) olarak uzanan uzunlamasına modunda uzanan enine modu: 55 nm çaplı yapıları çözelti içinde iki plazmon modu sergilerler. Enine modunun pozisyon nanotüp uzunluğuna bağlı olarak değişiklik gösterecektir. 200 nm gözenek boyutu şablonlarını sentezlenen Nanoyapılar çözümde bulanık ve kahverengi görünür ve tüm dalga boyları karşısında ağır dağılım olacaktır.
s/ftp_upload/50420/50420fig1highres.jpg "fo: content-width =" 6.5in "src =" / files/ftp_upload/50420/50420fig1.jpg "/>
Şekil 1. Şema altın nanotüpler hazırlanması için prosedür tasvir. AAO zar bir tarafı gözenekler içinde bakır ve nikel tabaka elektro (A), ardından gümüş ile kaplanır. Polimer çekirdek (B) yatırılır. Su (C) maruz kaldığında polimer çekirdek çöker. Altın kabuk (D) yatırılır. Tüm kurbanlık malzemeleri içi boş bir altın nanotüp (E) elde kazınmış. büyük bir rakam görmek için buraya tıklayın .
Gümüş kaplamalı AAO zarı ile teflon elektrokimyasal hücre Şekil 2. Dijital fotoğrafne (A) ve sonrası (B) montaj öncesi alüminyum folyo üzerinde yüz aşağı. Kurban metaller ve sonra polimer bir bakır tevdiattan sonra AAO membran (C), nikel biriktirme (D) polimer depozisyonu (E) ve altın nanotüp birikimi ile ilgili görüntü (F) kazınmış edilmiştir.
Şekil 3. -920 Altın nanotüp elektrodepozisyon arasında Chronoamperograms mV (kırmızı) ve +1.500 mV (mavi) de polimer damar elektropolimerizasyonla.
Şekil 4. Grap200 nm altın nanotüpler için mV -920 altın nanotüp uzunluğu karşı elektrodepozisyon zaman h. Uzunluk ve zaman arasında doğrusal bir ilişki gözlenmektedir. Hata çubukları 100 ölçümleri kapalı dayalı uzunluğu 1 standart sapma temsil eder.
Şekil 5. 55 nm çaplı altın nanotüpler (A) bir hizaya dizi Temsilcisi tükenme spektrumları. Çözüm Temsilcisi tükenme spektrumları uzunluğu olarak altın nanotüpler (L) artar (B) askıya.
Şekil 6.. (A) bir 55 nm gözenek şablon olarak hazırlanmış bir altın alt tabaka kapalı büyümüş altın nanotüpler bir dizi hizalanmış bir SEM resim <> / Strong. 55 nm gözenek şablonu (B) hazırlanan altın nanotüpler bir TEM görüntüsü. A, 200 nm gözenek şablon (C) 'de hazırlanan bir altın nanotüp bir TEM kesiti. 200 nm gözenek şablonu (D) 'de hazırlanan bir altın nanotüp bir TEM görüntüsü. Kırmızı oklar onun boşluğunun boyutunu gösteren, nanotüp hafif kontrast alanı vurgulayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
AAO zarlarında nanoçubuklar Şablonu yönettiği sentezi giderek daha popüler hale gelmiştir, ancak nanoçubuklar sentez malzeme ve sentez koşullarda ufak değişimlere karşı çok hassas olma eğilimindedir. Burada avantaj ve AAO membranlar kullanarak kısıtlamaları kapsamlı bir anlayış yanı nanoyapıların elektrokimyasal sentezi için AAO membranlar kullanarak için genel bir kılavuz olarak, belirtilmiştir.
Asimetrik ve simetrik: AAO membranlar satın alırken, iki genel türü bulunmamaktadır. Asimetrik membranlar üstten alta farklılık gözenek çaplarına sahiptir. Şablonları altında genellikle sonunda bir hizada, paralel diziye yol gözeneklerin dallı bir ağ oluşur. Simetrik membranlar da mevcuttur, ve membranın bütün kalınlığı boyunca aynı hizada gözenek çapı, tipik olarak daha yüksek kalitede. Hedef bir dizi yaratmak için ise, bu tür bir tercih edilen membranlarBir substrat bağlı nanoyapıların ay.
Satın alınan olarak, AAO membran her iki uçta açıktır. Buharlaştırılmış gümüş tabakasının amacı, zar bu keçe bir ucunda, bir çalışan elektrot oluşturmaktır. Bu, her bir gözenek sentez sırasında tek bir elektrokimyasal hücresi olarak görev yapmasını sağlar. Bir sonraki adım metal elektrodepozisyon, ve düzgün olmayan gözenek çapları ile membranın dallı alanı doldurmak için asimetrik zarlarında gereklidir. Onsuz, dallı ve düzensiz nanoyapılardaki oluşur çünkü bu adım önemlidir. Metal seçimi önemli değildir ve arzu edilen gravür koşullarına bağlıdır. Bakır nedeniyle yüksek iletkenliği, düşük maliyet ve temizleme kolaylığı kullanılmıştır, ancak gümüş, nikel, ve altın de kullanılabilir.
Nikel tabaka elektrokimyasal adımı için önemlidir. Bu adımın amacı inci için bir katman oluşturmak için bakır üst kısmına 200-500 nm nikel kaplama oluşturmak içinE polimer uymak için. Sadece altın ve nikel oksidatif polimerizasyon desteklemek için uygun yüksek çalışma fonksiyonları vardır. Altın Bununla birlikte, altın kullanılarak bu nedenle, (aynı zamanda altın oluşan) bir nanotüp ayrı kabartma edilemez bir ucunda sızdırmaz boru neden olacaktır. Nikel her iki ucu açık olan çözelti suspendable altın nanotüpler gerekiyorsa, bu aşamada kullanılabilecek tek bir metaldir.
Polimer altın nanotüp kabuk için bir kurban çekirdek gibi davranır, fakat polimer ve onun nanotüp morfoloji seçimi çok önemlidir. Polimer, bu sulu altın kaplama solüsyonu ilave yerine şablon duvarına yapışır üzerine kendi üzerine çöktü, böyle hidrofobik olması gerekir. Bu hidrofobik çöküşü polimer çekirdek ve şablonu duvarlar ve form tam altın borular için izin vermez aynı sentez şartlarına tabi hidrofilik polimerler arasındaki yatırılır altın nanotüp için bir alan sağlar. Polimer adreste oluşturması gerekirpolimer çubuk çekirdek (hidrofobik veya hidrofilik) olarak ube yerine bir çubuk, çöküşü değil bu yüzden altın nanotüp kabuk çökelmesine izin veremeyiz. Polimer damarın morfolojisi de aynı zamanda elde edilen altın nanotube duvar kalınlığı etkiler elektrokimyasal için kullanılan çözücü / elektrolit tarafından etkilenir. Çekirdek çökme ve ne kadar çıkan altın nanotüpler duvar kalınlığı kontrol etmek için bir mekanizma ilişkin daha ayrıntılı bir açıklama yakınlarda literatür 16'da tarif edilmiştir. Bu çalışmada olarak dietil eter içinde monomer ve% 46 boron trifluorid 3-hexylthiophene tercih bizim bu ince duvarlı, yüksek derecede hidrofobik poli-3-hexylthiophene nanotüpler 7, 10 üretmek için bilinen başlangıç elektrolit / çözücü.
Son adım altın kabuk electrodepositing edilir. Bu noktada membranın gözenekleri elektrodepozisyon engelleyen, tıkalı değil emin olmak için önemlidir. Bu ea sonra durulama eksiksiz, nazik gerçekleştirilebilirch adım ve tamamen potansiyel bir uygulamadan önce membran nüfuz altın kaplama çözümü birkaç dakika izin vererek. Bir zar tıkanmış hale geldiğini kolay göstergesi (aşağıda anlatılan membran çapı 1 μamp / sn, 13 mm), düşük bir akımdır. Altın nanotube uzunluğu biriktirme süresi artırılarak değiştirilebilir.
Baz metal ve polimer çekirdek gravür asit sonra, altın nanotüpler zar içinde kalır. Bu noktada, bunların optik özellikleri, bir dizi olarak ele alınabilir, ya da şablon çözülebilir ve bunların homojen çözelti optik özellikler görülebilmektedir. Optik ölçümler yapılırken su boyuna plazmon modu oluşur spektrumu yakın IR kısmı engel olacak şekilde tüm su izlerini, döteryum oksit ile kaldırılır ve değiştirilir sağlamak önemlidir. Optik ölçümler için bir diğer önemli husus çözüm altın nanotüpler toplanmasıdır. Unmodified altın nanotüpler çözüm bırakılırsa agrega, böylece kısa sonication tamamen bu nanotüpler agregasyonu tersine olacaktır ve serbestçe önceden tükenme ölçümlere onları askıya almak gereklidir. Bu altın nanotüpler Çözümleri fazla sonication gerektiren önce, büyüklüklerine bağlı olarak, saat dakika dönemleri boyunca stabil kalır.
Özet olarak, çözelti-suspendable altın nanotüpler AAO zarlarında hazırlanabilir. AAO membran yüksek en-boy oranı nanoçubuklar dizilerini sentezlemek için yararlıdır, ve bu nanoparçacık boyutlar kontrol etmek çok kolay olması ile çözelti temelli sentez fazla avantajlara sahiptir. Çözelti bazlı sentezler kompleks bileşik veya içi boş nanopartiküller sentezlenmesi, daha fazla malzeme verim mümkün olmakla birlikte çok daha kontrollü AAO membranlar kullanılarak, ve sipariş dizileri sentez için olanak sağlar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Bu çalışma, Toronto Üniversitesi, Doğa Bilimleri ve Kanada'nın Mühendislik Araştırma Konseyi, Yenilik ve Ontario Araştırma Fonu için Kanada Vakfı tarafından desteklenmiştir. DSS Erken Araştırmacı Ödülü Ontario Bakanlığı teşekkürler.
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®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 |
References
- 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).
- 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).
- Martin, C. R. Template synthesis of electronically conductive polymer nanostructures. Accounts of Chemical Research. 28 (2), 61-68 (1995).
- Martin, C. R.
- Possin, G. E. A method for forming very small diameter wires. Review of Scientific Instruments. 41 (5), 772-774 (1970).
- Goad, D. G. W., Moskovits, M.
- 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).
- Steinhart, M., Wendorff, J. H., et al. Polymer nanotubes by wetting of ordered porous templates. Science. 296 (5575), 1997 (2002).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- McPhillips, J., Murphy, A., et al. High-Performance Biosensing Using Arrays of Plasmonic Nanotubes. ACS Nano. 4 (4), 2210-2216 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lee, S. B., Martin, C. R. pH-Switchable, Ion-Permselective Gold Nanotubule Membrane Based on Chemisorbed Cysteine. Analytical Chemistry. 73 (4), 768-775 (2001).
- 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).
- 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).
- 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).
- Delvaux, M., Walcarius, A., Demoustier-Champagne, S. Electrocatalytic H2O2 amperometric detection using gold nanotube electrode ensembles. Analytica Chimica Acta. 525 (2), 221-230 (2004).
- Kohli, P., Wirtz, M., Martin, C. R.
- Ruppin, R. Electromagnetic Surface Modes. , John Wiley & Sons. New York. (1982).
- Sonninchsen, C. Plasmons in Metal Nanostructures. , Culliver Verlag. Gottingen. (2001).
- Barnes, W. L., Dereux, A., Ebbesen, T. W.
- 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).
- Barhoumi, A., Zhang, D., Tam, F., Halas, N. J.
- 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).
- 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).
- 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).
- Moskovits, M.
- 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).
- 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).
- Wirtz, M., Martin, C. R. Template-Fabricated Gold Nanowires and Nanotubes. Advanced Materials. 15 (5), 455-458 (2003).
- 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).
- Lahav, M., Sehayek, T., Vaskevich, A., Rubinstein, I.
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Hendren, W. R., Murphy, A., et al. Fabrication and optical properties of gold nanotube arrays. Journal of Physics: Condensed Matter. 20 (36), 362203 (2008).
- 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).
- Chen, X., Li, S., Xue, C., Banholzer, M. J., Schatz, G. C., Mirkin, C. A.
- 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).
