Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Nanogözenekli Altın'da Hiyerarşik Bir Tasarım Üretmek için Çok Yönlü Teknik

2.3K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/65065

⸱

10 Şubat 2023

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of Missouri-Saint Louis, 2Mallinckrodt Pharmaceuticals Company, 3Department of Chemistry, Saint Louis University

Bu makalede

Düzeltme bildirimi

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

Özet

Hiyerarşik ve bimodal gözenek boyutu dağılımına sahip nanogözenekli altın, elektrokimyasal ve kimyasal alaşım gidermeyi birleştirerek üretilebilir. Alaşımın bileşimi, alaşım giderme işlemi ilerledikçe EDS-SEM incelemesi ile izlenebilir. Malzemenin yükleme kapasitesi, malzeme üzerindeki protein adsorpsiyonunu inceleyerek belirlenebilir.

Özet

Değişken gözenek boyutları, basit yüzey modifikasyonu ve biyosensörler, aktüatörler, ilaç yükleme ve salınımı alanlarında geniş bir ticari kullanım alanı üretme potansiyeli ve katalizörlerin geliştirilmesi, araştırma ve geliştirmede nanogözenekli altın (NPG) bazlı nanomalzemelerin kullanımını tartışmasız bir şekilde hızlandırmıştır. Bu makalede, hem makro hem de mezopor oluşturmak için elektrokimyasal alaşımlama, kimyasal alaşım giderme teknikleri ve tavlamayı içeren adım adım bir prosedür kullanılarak hiyerarşik bimodal nanogözenekli altın (hb-NPG) üretim süreci açıklanmaktadır. Bu, iki sürekli katı / boşluk morfolojisi oluşturarak NPG'nin faydasını artırmak için yapılır. Yüzey modifikasyonu için mevcut alan daha küçük gözeneklerle zenginleştirilirken, moleküler taşıma daha büyük gözenekler ağından yararlanır. Bir dizi imalat adımının sonucu olan bimodal mimari, taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak, 100 nm'den daha küçük olan ve bağlarla birkaç yüz nanometre boyutundaki daha büyük gözeneklere bağlanan bir gözenek ağı olarak görselleştirilir. hb-NPG'nin elektrokimyasal olarak aktif yüzey alanı, hem alaşım giderme hem de tavlamanın gerekli yapıyı oluşturmada oynadığı kritik rollere odaklanarak döngüsel voltametri (CV) kullanılarak değerlendirilir. Farklı proteinlerin adsorpsiyonu, çözelti tükenme tekniği ile ölçülür ve hb-NPG'nin protein yüklemesi açısından daha iyi performans gösterdiği ortaya çıkar. Yüzey alanını hacim oranına değiştirerek, oluşturulan hb-NPG elektrodu biyosensör gelişimi için muazzam bir potansiyel sunar. Makale, hb-NPG yüzey yapıları oluşturmak için ölçeklenebilir bir yöntemi tartışmaktadır, çünkü bunlar küçük moleküllerin immobilizasyonu için geniş bir yüzey alanı ve daha hızlı reaksiyonlar için geliştirilmiş taşıma yolları sunmaktadır.

Giriş

Genellikle doğada görülen hiyerarşik gözenekli mimariler, gelişmiş performans için malzemelerin fiziksel özelliklerini değiştirmek için nano ölçekte taklit edilmiştir1. Çeşitli uzunluk ölçeklerinde birbirine bağlı yapısal elemanlar, gözenekli malzemelerin hiyerarşik mimarisinin bir özelliğidir2. Alaşımdan arındırılmış nanogözenekli metaller tipik olarak unimodal gözenek boyutu dağılımlarına sahiptir; Bu nedenle, iki ayrı gözenek boyutu aralığına sahip hiyerarşik olarak bimodal gözenekli yapılar üretmek için birden fazla teknik geliştirilmiştir3. Malzeme tasarım yaklaşımının iki temel amacı, yani işlevselleşme için geniş spesifik yüzey alanı ve birbirinden farklı ve doğası gereği birbiriyle çatışan hızlı taşıma yolları, yapısal hiyerarşiye sahip fonksiyonel malzemeler tarafından yerine getirilmektedir 4,5.

Elektrokimyasal sensörün performansı elektrot morfolojisi tarafından belirlenir, çünkü nanomatrisin gözenek boyutu moleküler taşıma ve yakalama için çok önemlidir. Küçük gözeneklerin karmaşık numunelerde hedef tanımlamaya yardımcı olduğu bulunurken, daha büyük gözenekler hedef molekülün erişilebilirliğini artırarak sensörün algılama aralığını arttırır6. Şablon tabanlı imalat, elektrokaplama, aşağıdan yukarıya sentetik kimya, ince film püskürtme biriktirme7, polidimetilsiloksan desteği8'e dayanan karmaşık esnek matrisler, çeşitli metallerin alaşımlanması, ardından daha az asil metalin seçici aşındırılması ve elektrodepozisyon, nanoyapıları elektrota sokmak için sıklıkla kullanılan yöntemlerden bazılarıdır. Gözenekli yapılar oluşturmak için en iyi yöntemlerden biri alaşım giderme prosedürüdür. Çözünme oranlarındaki eşitsizlik nedeniyle, daha az asil metal olan kurban metali, elektrotun nihai morfolojisini önemli ölçüde etkiler. Birbirine bağlı bir gözenek ve bağ ağı, daha az asil bileşenin seçici olarak başlangıç alaşımından çözündüğü ve kalan atomların yeniden organize edildiği ve konsolide edildiği nanogözenekli altın (NPG) yapıları oluşturmanın etkili sürecinden kaynaklanır9.

Bu nanoyapıları yapmak için Ding ve Erlebacher tarafından kullanılan alaşım giderme / kaplama / yeniden alaşım giderme yöntemi, önce altın ve gümüşten oluşan öncü alaşımın nitrik asit kullanılarak kimyasal alaşımdan arındırılmasına tabi tutulmasını, ardından üst hiyerarşik seviyeyi oluşturmak için tek bir gözenek boyutu dağılımı ile daha yüksek bir sıcaklıkta ısıtılmasını ve kalan gümüşün alt hiyerarşik seviyeyi üretmek için ikinci bir alaşım giderme kullanılarak çıkarılmasını içeriyordu. Bu yöntem ince filmlere uygulandı10. Biener ve ark. tarafından teker teker aşındırılan nispeten daha reaktif iki asil metalden oluşan üçlü alaşımların kullanılması önerilmiştir; Cu ve Ag başlangıçta Cu-Ag-Au malzemesinden çıkarıldı ve geride bimodal olarak yapılandırılmış, düşük yoğunluklu NPG örnekleri bırakıldı11. Uzun menzilli sipariş edilen yapılar, üçlü alaşımlar kullanılarak özetlenen prosedürlerle üretilmez. Zhang ve ark. tarafından kullanılan Al-Au'nun ana alaşımının aşamalarından birinin çıkarılmasıyla daha büyük gözenekler üretildi ve bu da bimodal yapıyı minimum düzeyde12 derecesiyle üretti. Düzenli bir hiyerarşik yapının, dökme malzemelerin sökülmesini ve temel bileşenlerin daha büyük yapılara bir araya getirilmesini içeren işleme yollarının kullanılmasıyla, birkaç uzunluk ölçeğinin kontrol edilmesiyle oluşturulduğu bildirilmektedir. Bu durumda, doğrudan mürekkep yazma (DIW), alaşımlama ve alaşım giderme13 yoluyla hiyerarşik bir NPG yapısı yapılmıştır.

Burada, çeşitli Au-Ag alaşım bileşimlerini kullanan hiyerarşik bir bimodal nanogözenekli altın (hb-NPG) yapısının üretilmesi için iki aşamalı bir alaşım giderme yöntemi sunulmaktadır. Dealaşımın altında durduğu reaktif element miktarı, teoride, ayırma sınırıdır. Yüzey difüzyon kinetiği, daha reaktif bileşenin bir ikili alaşımdan elektrolitik çözünmesi için tipik olarak 50 ila 60 atomik yüzde arasında olan ayırma limiti veya alaşım giderme eşiğinden hafifçe etkilenir. Au:Ag alaşımındaki Ag'nin büyük bir atomik fraksiyonu, hb-NPG'nin başarılı bir şekilde sentezlenmesi için gereklidir, çünkü hem elektrokimyasal hem de kimyasal alaşım giderme işlemleri, ayırma sınırı14'e yakın düşük konsantrasyonlarda başarıyla tamamlanamaz.

Bu yöntemin yararı, yapının ve gözenek boyutunun sıkı bir şekilde kontrol edilebilmesidir. Protokoldeki her adım, tipik gözeneklilik uzunluğu ölçeğini ve bağlar arasındaki tipik mesafeyi ince ayarlamak için çok önemlidir15. İyon ara yüzey difüzyon ve çözünme hızını düzenlemek için, uygulanan voltaj dikkatlice kalibre edilir. Alaşım giderme sırasında çatlamayı önlemek için, Ag çözünme hızı kontrol edilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. Altın teller üzerinde hiyerarşik bimodal mimariye sahip nanogözenekli altın kaplamanın oluşturulması - Alaşım

  1. Bir elektrokimyasal hücreyi 5 mL'lik bir beherde birleştirin. Üç elektrot kurulumunu içermek için üç delikli Teflon bazlı bir kapak kullanın.
    NOT: Teflon, diğer kimyasallarla reaksiyona girmediği için kapak yapımında popüler bir malzemedir.
  2. Bir platin tel karşı elektrodu, bir Ag / AgCl (doymuş KCl) referans elektrodu ve 0,2 mm çapında ve çalışma elektrodu olarak işlev gören 5,0 mm uzunluğunda bir altın tel yerleştirin (bkz. Çalışma elektrodu ile sayaç elektrodu arasında 0,7 cm'lik bir mesafe bırakın.
    NOT: Telin uzunluğu 1 cm'dir ve timsah klipsini kırptıktan sonra, çözeltiye giren açıkta kalan kısım 0,5 cm'dir. Kalan kısım politetrafloroetilen bant kullanılarak kaplanmıştır (bakınız Malzeme Tablosu). Bu uzunluk, deney her gerçekleştirildiğinde bir ölçek kullanılarak hassas bir şekilde ölçülür. Altın tel, çalışmada kullanılmadan önce birkaç adımda temizlenir; İlk önce konsantre nitrik aside batırılır, daha sonra durulanır ve piranha çözeltisine batırılır ve son olarak sodyum borohidrit içine daldırılır. Bu güçlü reaktifler, tele yapışmış olabilecek safsızlıkların giderilmesine yardımcı olur.
  3. Suda K[Ag(CN)2] ve K[Au(CN)2] her birinin 50 mM'lik bir çözeltisini hazırlayın (bkz. 5 mL beher içine 0,5 mL K[Au(CN)2] çözeltisi ve 4,5 mL K[Ag(CN)2] tuz çözeltisi ekleyin.
    DİKKAT: Siyanür tuzlarını kullanırken ve atarken dikkatli olun. Kullanırken koruyucu eldiven, uygun kıyafet, solunum koruması ve göz koruması giyin ve bir duman başlığında çalışın. Siyanür tuzu çözeltileri, deney bittikten sonra toplanmalı ve ayrı, açıkça işaretlenmiş bir atık kabına yerleştirilmelidir. Asitlerle temas ettiğinde, tehlikeli dumanlar açığa çıkar. İyonik hareketliliği korumak için, iki tuzun her birinin stok 40 mM çözeltilerine 0.25 M Na2CO3 eklenir.
  4. Elektrokimyasal hücreye 300 rpm'lik sabit bir karıştırma hızında manyetik bir karıştırıcı çubuk yerleştirerek çözeltiyi iyice karıştırın.
    NOT: Karıştırıcı çubuğunun temiz olduğundan emin olun. Aqua regia, kirletici maddeler varsa temizlemek için kullanılabilir.
  5. Argon gazını, 1/32 inç (inç) iç çapta, dış çapta 5/32 ve duvar kalınlığında 1/16 silikon boru kullanarak çözelti boyunca dolaştırın (bkz.
    NOT: Kurulumdaki sızıntı, yeterince sıkı hale getirilerek önlenir.
  6. Potansiyostatı, elektrokimyasal hücre tamamen monte edildikten sonra uygun elektrotlara tutturulmuş timsah klipslerini kullanarak bağlayın.
    NOT: Karışıklığı önlemek için klipsleri takılacakları elektrotun adıyla etiketlemek en iyisidir.
  7. Potansiyostatı açtıktan sonra kronoamperometri kullanarak elektrodepozisyon gerçekleştirmek için yazılımı (PowerSuite; bkz. Malzeme Tablosu) kullanın. İstediğiniz parametreleri kullanarak yazılımı yapılandırın. 600 s için, potansiyel -1,0 V15 sabit bir değerle zamanlanır.
    NOT: Parametreleri belirtmeden önce önyükleme işleminin kendi kendine bitmesine izin verin. Ek Dosya 1 , bu özel yazılımın kullanımı için ekran görüntülerini gösterir.
  8. Çalıştır'a basın ve çalışma elektrodu üzerindeki alaşım birikimini tamamlamak için harici hücreyi seçin. İşlem sonunda kalın beyaz bir kaplama görülür.
    NOT: Bağlantıların güvenli olduğundan ve çözümün sürekli karıştırıldığından emin olun. Her şey olması gerektiği gibi çalışırsa, akım 300 ila 400 μA arasında salınır.

2. Altın teller üzerinde hiyerarşik bimodal mimariye sahip nanogözenekli altın kaplamanın oluşturulması - Dealloying

NOT: Protokolün bu aşaması, alaşımlı tellerin kısmi alaşımdan arındırılmasına dayanmaktadır.

  1. Elektrokimyasal hücreyi, üç elektrotun bir elektrolit çözeltisinde birbirinden 0,7 cm uzakta tutulduğu önceki işlemde (adım 1.2) olduğu gibi bir kez daha yapılandırın. Kısmi dealaşım için elektrolit çözeltisi olarak 4 mL 1 N nitrik asit kullanın.
    NOT: Elektrolit seyreltildiğinden, burada gümüş olan daha az asil elementi tamamen çıkarmaz.
  2. Çözeltiyi 300 rpm'lik sabit bir hızda eşit şekilde dolaştırmak için karıştırıcı çubuğunu çalışır durumda bırakın.
  3. Elektrokimyasal hücre kurulduktan sonra, potansiyostatı doğru elektrotlara kırpılmış timsah klipsleri kullanarak takın.
  4. Kronoamperometri yazılımını bir kez daha kullanın, ancak bu sefer 600 s için 0,6 V'luk bir potansiyel seçin.
  5. Çalıştır'a basın, ardından çalışma elektrodunda biriken alaşımın alaşımdan arındırılmasını tamamlamak için harici hücreyi seçin.
    NOT: Telin rengi bu adımdan sonra grimsi-siyah olarak değişir.

3. Altın teller üzerinde hiyerarşik bimodal mimariye sahip nanogözenekli altın kaplama yapılması - Tavlama

  1. Alaşımdan arındırılmış telleri fırının içindeki bir cam şişede saklayın.
  2. Fırındaki sıcaklığı 3 saat boyunca 600 ° C'de tutun.
    NOT: Sıcaklık ve süre, düşük sıcaklıkların gözenekleri kabalaştırmadığını, daha yüksek sıcaklıkların ve daha uzun bir sürenin yapıda çatlaklara neden olduğunu gösteren optimizasyon çalışmalarına dayanarak seçilmiştir.
  3. İşlem bittikten ve fırın kapatıldıktan sonra şişeyi çıkarın. Flakon oda sıcaklığına soğuyana kadar bekleyin.
    NOT: Sıcak şişe, bir dizi maşa kullanılarak fırından çıkarılır.

4. Altın teller üzerinde hiyerarşik bimodal mimariye sahip nanogözenekli altın kaplamanın oluşturulması - Dealloying

  1. Kısmen alaşımdan arındırılmış tavlanmış telleri 4 mL konsantre nitrik aside batırın.
    NOT: Konsantre asidi telleri içeren cam şişeye aktarırken, bir cam pipet kullanıldığından emin olun.
  2. Kısmen alaşımdan arındırılmış tavlanmış telleri, gece boyunca duman davlumbazında güçlü nitrik asit içeren cam şişede bırakın.
    NOT: Tam alaşım gidermeye izin vermek için alaşım giderme süresi 24 saatte tutulmuştur.
  3. Ertesi gün hb-NPG kaplı telleri oluşturun (Şekil 1). Bunları deiyonize suyla iyice durulayın, ardından sonraki çalışmalarda kullanılmadan önce bir etanol durulayın. Kuruduktan sonra, telleri deneylerde kullanın. Hb-NPG'yi hazırlamak için her seferinde taze bir temiz altın tel partisi kullanılır.
    NOT: Sentezdeki her adım, bimodal yapıya ulaşmak için çok önemlidir. Adımlardan herhangi biri atlanırsa, yalnızca tek modlu bir gözenek yapısı ortaya çıkacaktır.

5. hb-NPG karakterizasyonu

  1. Taramalı elektron mikroskobu (SEM)-numune hazırlama
    1. SEM görüntüleme için numune hazırlamada temel olarak temiz bir alüminyum saplama kullandığınızdan emin olun.
      NOT: Saplamalar seyreltilmiş nitrik asit ile temizlenir, etanol ile durulanır, kurutulur ve tekrar kullanılmadan önce parafin film kaplı bir kapta tutulur.
    2. Alüminyum saplamanın düz tabanının üzerine yeni kesilmiş bir karbon bant parçası yerleştirin.
    3. Cımbız yardımıyla, küçük hb-NPG kaplı tel parçalarını kesin ve bunları karbon banda yapıştırın.
      NOT: Kaplamanın çıkmasını önlemek için telin cımbızla hafifçe kavrandığından emin olun.
    4. Morfolojilerini bir SEM altında ortaya çıkarmak için kesilmiş parçaları yatay olarak düzenleyin (bkz. Dikey olarak düzenlenmiş parçalar, altın tel üzerinde biriken malzemenin kalınlığını ortaya çıkarabilir (Şekil 2).
      NOT: Elektrotta herhangi bir nem varsa, oda kirlenir ve puslu görüntülere neden olur. Bu nedenle, SEM görüntülemeyi gerçekleştirmeden önce elektrodu gece boyunca bir vakuma yerleştirin.
  2. SEM odası kurulumu
    1. Oda kapısını kolayca açmak için "XT mikroskop" yazılımından "havalandırma" seçeneğini kullanarak odayı havalandırın.
      NOT: "XT mikroskop" yazılımı SEM sistemi ile birlikte gelir. Kapının düzgün bir şekilde açılabilmesi için önce haznenin tamamen havalandırılması gerekir, bu da genellikle 3-5 dakika sürer. Adiitionda, azot gazı silindirinin basıncı 5 psi'nin altında olmalıdır. Ek Dosya 1 , bu özel yazılımın kullanımı için ekran görüntülerini gösterir.
    2. Özel bir cımbızın kavisli ön yüzünün yardımıyla, dairesel alüminyum saplamayı sıkıca kavrayın, daha önce saplamaya yerleştirilen temiz numuneyi odaya yerleştirin ve numune aşamasına yerleştirin.
      NOT: Sahnenin temiz olduğundan emin olun; herhangi bir dökülme varsa, aseton ve tüy bırakmayan bir mendil ile bunları kapatın (bkz.
    3. Vakum benzeri bir ortam oluşturmak için numuneyi haznenin içine yerleştirdikten sonra "pompa" seçeneğini seçin.
      NOT: Haznenin pompalanması yaklaşık 3 dakika sürer. Kirişi açmadan önce, kullanıcının pompalamanın bitmesini beklemesi gerekir.
    4. Navigasyon kamerasını kullanarak, örneğin tam konumunu gözlemlemek için gerçek zamanlı görüntüye tıklayın.
  3. Numuneyi görüntüleme
    1. Numunenin görüntüsünü yakalamak için başlangıçta ışını açın.
      NOT: Kirişi açmadan önce, sistemin vakumlandığından emin olun.
    2. Navigasyon kamerasının topladığı görüntüden örnek görüntüyü ekranın ortasına getirmek ve odağı keskinleştirmek için üzerine çift tıklayın.
    3. Görüntülerin uyumlu yazılım ve Everhart-Thornley dedektörü (ETD) ile görüntüleme kullanılarak üretildiğinden emin olun. Spot boyutunu, tarama hızını ve potansiyeli optimize etmek gereklidir.
      NOT: Yukarı çıkmadan önce daha düşük potansiyel ve nokta boyutuyla başlamak her zaman umut vericidir.
    4. Kiriş kaynağından sahne mesafesini 10 mm'ye ayarlayın.
      NOT: Sahne alanı ile kaynak arasındaki mesafeyi hassas bir şekilde ölçmek için; sistem odaklanmalı ve Z eksenine bağlanmalıdır.
    5. Daha düşük bir ölçekte bulunan mimari hakkında daha fazla bilgi edinmek için, daha düşük büyütmede odaklanmış bir görüntü elde ettikten sonra büyütmeyi artırın (Şekil 3).
      NOT: Büyütme artışının her seviyesi odaklanmayı gerektirir.
  4. Numunenin element bileşimi için SEM ve enerji dağıtıcı spektroskopisi (EDS)
    1. Yazılımda renk SEM seçeneğini belirleyerek, malzemenin temel yapısını belirleyin (Şekil 4). Numunenin çeşitli öğelerine otomatik olarak farklı renkler atar. Bununla birlikte, renkleri ve öğeleri manuel olarak seçmek de mümkündür.
      NOT: Atomik yüzdesi 0 olan seçimleri ekarte etmek için elementel kompozisyon analiz çizelgesini ve elementlerin atomik yüzdelerini incelemek çok önemlidir.
    2. EDS dedektörünü yerleştirerek, incelenen numuneyi enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisine tabi tutun. EDS verilerini toplamak için 15 kV potansiyel ve 12 spot boyutu kullanın.
      NOT: Ekle düğmesine bastıktan sonra, ekran gerçek zamanlı olarak takılan dedektörü görüntüler.
    3. Programın, temel kompozisyon için bilgi toplamak üzere örnek görüntü ekranında ayrı bölgeleri seçmek için küçük kutuların oluşturulmasını sağladığını kontrol edin.
      NOT: Doğru istatistikler için 50 ila 100.000 arasında sayım olmalıdır. Panel, toplanan verilerin genel durumunu görüntüler. Sonuç olarak, bir rapor hazırlanır.

6. Elektrokimyasal olarak aktif yüzey alanı için döngüsel voltametri (CV)

  1. Bir elektrolit içine batırılmış referans elektrot, sayaç elektrodu ve çalışma elektrodu ile bir elektrokimyasal hücrenin manuel olarak kurulmasını içeren altın oksit sıyırma yöntemini gerçekleştirin.
    NOT: Bu çalışma için, Pt teli sayaç elektrodu olarak görev yapar, hb-NPG çalışma elektrodudur ve Ag / AgCl referans elektrodu olarak hizmet eder. Sülfürik asit, 0.5 N, elektrolit görevi görür. Referans ve sayaç elektrotlarının kullanımdan önce seyreltilmiş nitrik asit içinde temizlenmesi önerilir. Ayrıca, elektroliti tekrar kullanmaktan kaçının.
  2. Potansiyostata bağlantılar yapıldıktan sonra, programdan CV seçeneğini seçin ve parametreleri yapılandırın. Potansiyel aralığı -0,2-1,6 V (Şekil 5) ve -0,2 V (Ag/AgCl ile karşılaştırıldığında) arasında ve 100 mV/sn tarama hızıyla birlikte düzeltin.
    NOT: Karıştırmaya gerek yoktur.
  3. Döngüsel taramayı gerçekleştirmek için çalıştır düğmesine tıklayın. Ters taramanın gözle görülür bir tepe noktasını ortaya çıkardığından emin olun. Bildirilen 400 μC cm-2 dönüşüm faktörünü kullanarak, hb-NPG telinin elektrokimyasal yüzey alanını belirlemek için altın oksit tek katmanının indirgenmesinden gelen tepe noktasının altındaki yükü entegre edin.
    NOT: Yükün tepe noktasının altına düzgün bir şekilde entegre edilmesi için teğetin doğru şekilde çizilmesi gerekir.
  4. Çift alaşım giderme prosedürlerinin hayati önemini anlamak için kimyasal olarak alaşımdan arındırılmış tel üzerinde ve Au: Ag (10:90) alaşımlı tel üzerinde kimyasal ve elektrokimyasal alaşım gidermeyi birleştirdikten sonra aynı deney setini uygulayın.

7. Protein yüklemesini incelemek için çözelti tükenme tekniği

  1. Protein moleküllerinin hb-NPG yüzeyine gerçek zamanlı olarak yüklenmesini incelemek için, ultraviyole görünür (UV-vis) spektrofotometre kullanın (bakınız Malzeme Tablosu).
    NOT: Bu çalışmada, fetuin, sığır serum albümini (BSA) ve yaban turpu peroksidaz (HRP) protein çözeltileri (bakınız Malzeme Tablosu), 0.01 M (pH = 7.4) fosfat tamponlu salin (PBS) tamponunda sırasıyla 1 mg / mL, 0.5 mg / mL ve 1 mg / mL konsantrasyonlarında ayrı ayrı hazırlanmıştır. Protein stabilitesini koruyan bir tampon ve pH seçmek çok önemlidir.
  2. Yalnızca arabelleği kullanarak taban çizgisi düzeltmesi gerçekleştirin. Düzeltme yapıldıktan sonra dalga boyu, zaman ve hız dahil olmak üzere yazılımın parametrelerini seçin. Ardından, 500 μL protein çözeltisini küvetin içine yerleştirin.
  3. Gerçek zamanlı protein izlemenin, çözeltiye hb-NPG eklendikten sonra başladığından emin olun. Başlat düğmesine bastıktan sonra 280 nm'de 120 dakika boyunca her dakikadan sonra absorbanstaki değişimi izleyin (Şekil 6).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Bağ boyutu ve bağlar arası boşluk ayarlamaları, üretilen elektrot için son derece önemlidir. Au/Ag oranlarını optimize ederek çift boyutlu gözeneklere sahip bir yapı oluşturmak, yüzey morfolojisi, pürüzlülük faktörü ve yükleme kapasitesini kullanan karakterizasyon ile birlikte bu çalışmanın ilk adımıdır. Geleneksel NPG ile karşılaştırıldığında, bimodal gözenek yapısı daha yüksek bir elektrokimyasal yüzey alanı, pürüzlülük faktörü ve protein yükleme kapasitesigöstermiştir 15.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Alaşımlama, kısmi alaşım giderme, ısıl işlem ve asit aşındırmayı içeren çok adımlı bir prosedür kullanılarak, çift boyutlu gözenekler ve daha yüksek bir aktif elektrokimyasal yüzey alanı ile hiyerarşik olarak NPG üretimi gösterilmiştir.

Alaşımlamada, metal öncüllerin standart potansiyeli, elektrodepozisyon sırasında ne kadar reaktif olduklarını etkiler. Sıvı çözeltilerden elde edilen Au ve Ag iyonları, elektrodepozisyon16,17 sırasında ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.

Teşekkürler

Bu çalışma NIGMS'den (GM111835) bir ödülle desteklenmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Argon gazı sıkıştırılmışFisher Scientific Compay
Sığır serum albümini (BSA)Sigma-Aldrich (St.Louis, MO)A9418> %98 saflıkta
Karşı elektrot (Platin tel)Alfa Aesar43288-BU0,5 mm çap
Dijital Lab fırınıBarnstead Thermolyne 47.900F47915yüksek sıcaklıklarda
tavlama için kullanılırDijital Potansiyostat/galvanostatEG& G Princeton Uygulamalı Araştırma273APowerPULSE yazılımı
EtanolSigma-Aldrich (St.Louis, MO)CAS-64-17-5HPLC / spektrofotometrik sınıf
Fetuin fetal buzağı serumuSigma-Aldrich (St.Louis, MO)F2379liyofilize toz
Altın tel ruloElektron Mikroskobu Bilimleri (Fort Washington, PA)731000,2 mm çap, 10 ft,%
99,9Hidroklorik asitFisher ChemicalA144C-212%36,5-38
Hidrojen peroksitFisher Scientific (Pittsburg, PA)CAS-7732-18-5%30
KimwipesKIMTECH Science markası, Kimberly-Clark profesyonel341204,4 x 8,2 inç
Nitrik asitFisher Scientific (Pittsburg, PA)A2008-212eser metal sınıfı
ParafilmBemis PM99613-374-104 INÇ x 125 FT
Yaban turpundan peroksidaz (HRP)Sigma-Aldrich (St.Louis, MO)9003-99-0
PharMed silikon boruNortonAY242606 1/32" İç Çap, 5/32" Dış Çap, 1/16" Duvar Kalınlığı, 25' Uzunluk
Potasyum disiyanoargentatSigma-Aldrich (St.Louis, MO)379166%99,96, 10 G
Potasyum disiyanoaurSigma-Aldrich (St.Louis, MO)389867%99,98, 1 G
PowerSuite yazılımıEG& G Princeton Applied Research, PTFE bant ile birlikte gelir
Fisherbrand15-078-2611 "genişliğinde 600" uzunluğunda
Referans elektrodu (Ag / AgCl)Princeton Applied Research K0265
Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) Apreo 2CThermoFisher bilimselAPREO 2 SEMRenkli SEM teknolojisi ile donatılmıştır
Basitlik UV sistemiMillipore corporation, Boston, MA, ABD Milli-Qsu üretmek için SIMSV00WW (18.2 M & Omega; 25 & derece; C)  
Sodyum BorhidrürSigma-Aldrich (St.Louis, MO)213462100 G
Sodyum KarbonatSigma-Aldrich (St.Louis, MO)452882enzim sınıfı, %>99, 100 G
Karıştırma çubuğuFisherbrand14-512-1535 x 2 mm
Sülfürik asitFisher Scientific (Pittsburg, PA)A300C-212sertifikalı ACS plus
Supracil kuvars küvetFisher Scientific (Pittsburg, PA)14-385-902C10 mm ışık yolu, hacim kapasitesi 1 mL
UV-Görünür SpektrofotometreVarian Cary 50
,

Kaynaklar

  1. Fang, M., Dong, G., Wei, R., Ho, J. C. Hierarchical nanostructures: design for sustainable water splitting. Advanced Energy Materials. 7 (23), 1700559(2017).
  2. Inayat, A., Reinhardt, B., Uhlig, H., Einicke, W. -D., Enke, D. Silica monoliths with hierarchical porosity obtained from porous glasses. Chemical Society Reviews. 42 (9), 3753-3764 (2013).
  3. Yang, X. -Y., et al. Hierarchically porous materials: synthesis strategies and structure design. Chemical Society Reviews. 46 (2), 481-558 (2017).
  4. Qi, Z., Weissmuller, J. Hierarchical nested-network nanostructure by dealloying. ACS Nano. 7 (7), 5948-5954 (2013).
  5. Sondhi, P., Stine, K. J. Methods to generate structurally hierarchical architectures in nanoporous coinage metals. Coatings. 11 (12), 1440-1456 (2021).
  6. Matharu, Z., et al. Nanoporous-gold-based electrode morphology libraries for investigating structure-property relationships in nucleic acid based electrochemical biosensors. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (15), 12959-12966 (2017).
  7. Bollella, P. Porous gold: A new frontier for enzyme-based electrodes. Nanomaterials. 10 (4), 722-740 (2020).
  8. Khan, R. K., Yadavalli, V. K., Collinson, M. M. Flexible nanoporous gold electrodes for electroanalysis in complex matrices. ChemElectroChem. 6 (17), 4660-4665 (2019).
  9. Sondhi, P., Stine, K. J. Electrodeposition of nanoporous gold thin films. in Nanofibers-Synthesis, Properties and Applications. , 1-21 (2020).
  10. Fujita, T. Hierarchical nanoporous metals as a path toward the ultimate three-dimensional functionality. Science and Technology of Advanced Materials. 18 (1), 724-740 (2017).
  11. Biener, J., et al. Nanoporous plasmonic metamaterials. Advanced Materials. 20 (6), 1211-1217 (2008).
  12. Zhang, Z., et al. Fabrication and characterization of nanoporous gold composites through chemical dealloying of two phase Al-Au alloys. Journal of Materials Chemistry. 19 (33), 6042-6050 (2009).
  13. Zhu, C., et al. Toward digitally controlled catalyst architectures: Hierarchical nanoporous gold via 3D printing. Science Advances. 4 (8), (2018).
  14. Artymowicz, D. M., Erlebacher, J., Newman, R. C. Relationship between the parting limit for de-alloying and a particular geometric high-density site percolation threshold. Philosophical Magazine. 89 (21), 1663-1693 (2009).
  15. Sondhi, P., Neupane, D., Bhattarai, J. K., Demchenko, A. V., Stine, K. J. Facile fabrication of hierarchically nanostructured gold electrode for bio-electrochemical applications. Journal of Electroanalytical Chemistry. 924, 116865(2022).
  16. Cerovic, K., Hutchison, H., Sandenbergh, R. F. Kinetics of gold and a gold-10% silver alloy dissolution in aqueous cyanide in the presence of lead. Minerals Engineering. 18 (6), 585-590 (2005).
  17. Ciabatti, I. Gold part-ing with nitric acid in gold-silver alloys. Substantia. 3 (1), 53-60 (2019).
  18. Reyes-Cruz, V., Ponce-de-León, C., González, I., Oropeza, M. T. Electrochemical deposition of silver and gold from cyanide leaching solutions. Hydrometallurgy. 65 (2-3), 187-203 (2002).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Düzeltme


Formal Correction: Erratum: Versatile Technique to Produce a Hierarchical Design in Nanoporous Gold
Posted by JoVE Editors on 3/10/2023. Citeable Link.

An erratum was issued for: Versatile Technique to Produce a Hierarchical Design in Nanoporous Gold. The Authors section was updated from:

Palak Sondhi1
Dharmendra Neupane2
Jay K. Bhattarai3
Hafsah Ali1
Alexei V. Demchenko4
Keith J. Stine1
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of Missouri-Saint Louis
2Food and Drug Administration
3Mallinckrodt Pharmaceuticals Company
4Department of Chemistry, Saint Louis University

to:

Palak Sondhi1
Dharmendra Neupane1
Jay K. Bhattarai2
Hafsah Ali1
Alexei V. Demchenko3
Keith J. Stine1
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of Missouri-Saint Louis
2Mallinckrodt Pharmaceuticals Company
3Department of Chemistry, Saint Louis University

Etiketler

Kimyasal DealaoyajElektrokimyasal Ala mlamaBimodal G zenek Yap sTaramal Elektron MikroskobuSiklik VoltametriY zey ModifikasyonuProtein AdsorpsiyonuBiyosens r Geli tirme
Nanogözenekli Altın'da Hiyerarşik Bir Tasarım Üretmek için Çok Yönlü Teknik
Bize ulaşın
Kütüphaneye tavsiye et

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Telif hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.