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DOI : 10.2240/azojono0117

El Carbón Aumentado Superficie Nanotube de la Espectroscopia de Raman Basó Antenas Celulares

Alia Sabur

Derechos De Autor AZoM.com Pty Ltd.

Esto es un artículo del Sistema de las Recompensas del Acceso Abierto del AZo (AZo-REMOS) distribuido de conformidad con los AZo-REMOS http://www.azonano.com/oars.asp que el uso sin restricción de los permisos proporcionó al trabajo original se cita pero se limita correctamente a la distribución y a la reproducción no comerciales.

Sometido: 22 de julio de 2007

Asentado: 3 de octubre de 2007

Temas Revestidos

Extracto

Antecedentes

Resultados y Discusión

Conclusión

Métodos y Materiales

Acuses De Recibo

Referencias

Detalles del Contacto

Extracto

Los nanotubes y los nanopipes del Carbón se han mostrado para tener gran potencial como antenas celulares, para el uso como dispositivos nanofluidic de transportar soluciones a o desde las células. La Fabricación de estos nanopipes capaces de detectar dentro de las células permite que un enorme de la cantidad de información adicional sea obtenido. la espectroscopia Superficie-Aumentada de Raman (SERS) es una técnica permitiendo las señales grandemente crecientes de Raman usadas para la detección del trazo y la caracterización de especímenes biológicos con la resolución espacial extremadamente alta. En este trabajo, los nanotubes y los nanopipes del carbón functionalized con los nanoparticles SERS-activos para permitir el revelado de nanoprobes versátiles. La Glicocola fue utilizada para estimar la actividad de SERS y el factor correspondiente del aumento (10)8.

Antecedentes

Los nanotubes del Carbón (CNTs) han mostrado el gran potencial para el uso como antenas celulares. Como “nanopipes” pueden ser utilizados para transportar líquidos a o desde las células y para inyectar soluciones o las drogas directamente en las células individuales y los organelos individuales dentro de las células. Además, debido a los diámetros bajos de los nanotubes del carbón induzca poco daño a las células sobre la penetración. Los nanopipes del Carbón (CNPs) se han llenado de agua [1], de los cristales [2], de fluorescentes líquidos [3], y los nanoparticles magnéticos [4] que mostraban que pueden ser utilizados para el transporte de diversos tipos de líquidos a y desde las células. Haciendo estas antenas capaces de detectar dentro de las células, la información sobre acciones recíprocas químicas dentro de las células podía ser encontrada. la Espectroscopia Superficie-Aumentada de Raman (SERS) tiene esta capacidad. Haciendo nanotubes del carbón SERS-activos por el functionalization con los nanoparticles SERS-activos, crea la posibilidad del estudio extremadamente sensible y la identificación de componentes de células. Además, los nanotubes se pueden aplicar a un dispositivo nanofluidic donde pueden servir como interconexión entre un depósito flúido y la célula, a entregan y extraen los líquidos. Los efectos de los líquidos sobre las células se podían estudiar in situ.

La técnica de SERS se puede utilizar para aumentar la señal de Raman por factores de hasta 1014 [5]. Tiene dos propósitos principales; el primer, aumentar la señal relativamente débil de Raman que hace difícil examinar el contenido químico detallado de muchos especímenes complejos, y la segunda, de conseguir la información de la superficie de los materiales complejos (capas monomoleculares). En SERS, la resolución lateral es determinada no por el límite de difracción, sino por el arresto espacial de los campos locales [6]. Esta capacidad analítica del trazo es la más interesante para los estudios biológicos, permitiendo la identificación molecular en el nanoscale. Esto es especialmente importante porque las moléculas biológico relevantes están a menudo disponibles para la caracterización en extremadamente pequeñas cantidades. Hay dos mecanismos principales para el aumento de SERS, electromágnetico y químico [7-10]. El aumento electromágnetico se refiere a la excitación de los plasmones superficiales en las estructuras del metal del nanoscale, mientras que el aumento químico se refiere a un complejo de la carga-transferencia entre el metal y la muestra que se analizarán.

Los métodos Usuales de crear el aumento necesario para SERS se ponen ásperos o las placas de metal modeladas, o los nanoparticles esféricos. Sin Embargo, éstos utilizan “apuroses” para crear los factores importantes del aumento deseados. Los resultados Preliminares han mostrado que los nanoparticles esféricos embutidos en las paredes de los nanotubes del carbón producen una señal débil pero observable [11].

Se ha mostrado que los nanoparticles tallados dan una intensidad mucho más alta de SERS que los nanoparticles coloidales [12] debido al tetrapolo [13] y los efectos de campo del gradiente [14] y así que se utiliza en este estudio. Éstos pueden relajar las reglas de selección, y causan el aspecto de las líneas normalmente prohibidas de Raman, explicando algunos de los cambios observados en los espectros de SERS.

Los nanoparticles Tallados pueden crear estos apuroses individualmente, quitando la necesidad del mando exacto de la agregación [15].

Resultados y Discusión

Dos clases de nanoprobes fueron creadas y probadas. Primero, CNPs con los nanotriangles asociados dentro, eso permite el estudio de acciones recíprocas dentro de los tubos. Una suspensión de CNPs en etanol y de una solución de los nanotriangles fue preparada, permitiendo que los triángulos se extiendan dentro del CNPs. Antes de usar, una gotita de esta suspensión fue puesta sobre una oblea de silicio y permitida secarse a conciencia. Aunque no se observara ningunos triángulos en la superficie del CNPs con microscopia electrónica de transmisión (TEM), el CNPs fue lavado suavemente con DI water para quitar cualquier triángulo en la superficie. Nanotubes fue observado usando proyección de imagen retrorreflejada del electrón con microscopia electrónica de la exploración (SEM) para explorar para las partículas del oro, que no aparecieron en el exterior de los tubos. Después de la evaporación del agua, la solución de la glicocola fue depositada sobre el CNPs. Porque el CNPs es grande en diámetro, los tubos individuales eran sin obstrucción visibles.

En Segundo Lugar, nanotubes estrechos de la multi-pared con los triángulos químicamente asociados al exterior por la reacción de Bingel [16]. La reacción de Bingel es un ejemplo de la reacción del cycloaddition de a [2+1]. Los pasos de progresión principales en el proceso son: Primero, los nanotubes fueron inmovilizados en una superficie y transesterificados por el stirring prolongado hacia adentro un exceso de 2 (methylthio) ethanolfollowed por el lavado extenso con el éter dietílico para formar [(COOCHCHSMe22)2 C<SWNT]. Entonces, explotando la acción recíproca obligatoria del azufre del oro el grupo del cyclopropane “fue marcado con etiqueta” usando nanoparticles del oro. Las Muestras mezcladas sin la reacción de Bingel no mostraron ningún accesorio de triángulos a los nanotubes.

Semejantemente, el CNTs con los triángulos asociados fue depositado en una oblea de silicio y lavado suavemente con DI water. Después de la evaporación, la glicocola fue depositada sobre el CNTs. Los espectros de Raman fueron tomados de los pequeños atados de nanotubes, conteniendo únicamente visible con el ajuste instrumental usado.

Ninguna glicocola superflua que permanece alrededor de los nanotubes durante las mediciones de Raman no afecta a los resultados. La concentración de glicocola es demasiado baja ser observada por la espectroscopia convencional de Raman, haciéndola solamente observable cuando en contacto con los nanotriangles que están solamente dentro del CNT o del CNPs. Todos Los espectros de la glicocola fueron tomados mientras que son mojados, para prevenir la formación de cristalitos en la superficie del tubo durante el proceso de sequía.

Cuadro 1. Microscopia de las antenas del nanotube. (a) Retrato de TEM de un triángulo y de una partícula esférica dentro de un nanopipe. (b) Imagen de SEM de un triángulo y de una partícula hexagonal asociados a MWNT por la reacción de Bingel. (c) Una imagen de SEM de un triángulo dentro de un nanopipe hizo transparente por el alto voltaje (25 kilovoltios). (d) Una imagen de SEM del mismo nanopipe que en (c) con un voltaje acelerante de 4 kilovoltios, no mostrando nada en la región de (c), significando que el triángulo está situado en el interior del tubo.

Un nanotube usado para obtener SERS fue traído a SEM y observado, mostrando un triángulo en el interior del nanotube. Con un voltaje acelerante de 4 kilovoltios, no se observó ningunas partículas, pero cuando estaban aumentadas a 25 kilovoltios las paredes del tubo llegaron a ser transparentes, permitiendo la observación del triángulo, mostrada en el Cuadro 1.

Los espectros Correspondientes de Raman de estos dos métodos se muestran en el Cuadro 2. Los picos de la glicocola visibles son idénticos en ambos casos, y corresponden bien con literatura anterior en SERS de la glicocola. También visibles son los espectros de Raman del CNPs y del CNTs, consistiendo en una banda alrededor (1350 cm-1), que es una banda de la resonancia doble común para los materiales de carbón (banda de D) y una banda hacia 1600 cm-1 relacionada con las vibraciones del en-avión del grafito ( banda). Estas bandas aparecen diferentes entre el CNTs y el CNPs debido a la diferencia en su síntesis [17] - que el CNTs son sobre todo grafítico, mientras que el CNPs tiene una estructura desordenada de la pared.

El Cuadro 2. espectros de Raman obtenidos usando nanotube sonda. (1) de CNPs con los triángulos en el interior, (2) de MWNT con los triángulos asociados al exterior, y (3) sin el presente del nanotube, mostrando la falta de cualquier señal además del Si. (a) Una imagen de un pequeño atado de MWNT usado para obtener SERS. (b) Un nanopipe individual usado para obtener SERS.

Cuatro picos adicionales de la glicocola aparecen, en 817 - 872 (torcedura2 del NH - la torcedura2 del CH), 1048 (alargamiento del NC), 1083 (meneo3+ del NH), y 1453 (curva2 del CH) cm-1. Las diferencias entre el Raman regular y los espectros de SER se pueden explicar por los efectos del campo y del tetrapolo del gradiente, según lo discutido arriba.

Tabla I. Frecuencias (cm-1) y asignaciones de bandas en los espectros de Raman y el SERS convencionales de la glicocola.

Raman Regular

SERS, esferas

SERS, nanotubes

Asignación

816 s, 872 w

817 w, 872 s

Torcedura2 del NH + torcedura2 del CH

901 s

950 w

Alargamiento del centímetro cúbico

w 1033

w 1026

w 1048

Alargamiento del NC

w 1131

s 1175

w 1083

Meneo3+ del NH

1229 w, 1273 m

s 1328

w 1311

Meneo2 del CH

w 1374

Alargamiento3+ de C-NH

s 1407

Sym de COOH. alargamiento

1438 m

w 1437

1453 m

Curva2 del CH

w 1513

s 1527

Sym3+ del NH. def.

w 1590

Asym de COOH. alargamiento

1612 m

Asym3+ del NH. def.

Dou y otros demostró que la glicocola obra recíprocamente con los nanoparticles del oro a través de los grupos aminados [18] que por lo tanto son afectados más por el campo eléctrico plasmón-generado. La Comparación de estos resultados a SERS de la glicocola en una solución coloide del Au muestra un upshift de cerca de 5-10 cm-1 de los picos de la glicocola. Además, los picos observados de SERS corresponden bien con ab initio cálculos de Kumar y otros [19].

El aumento aparece ser pequeño, pero sin obstrucción distinguible, siendo la señal de pocas moléculas de la glicocola dentro de un único tubo. Mientras Que los picos de SERS son relativamente inferiores en intensidad, se ha mostrado previamente que la presencia de carbón cerca del metal SERS-activo puede disminuir la intensidad de la señal de SERS por factores de varios cientos [20]. Aunque los estudios de SERS se hayan hecho en nanotubes del carbón, la comparación de los espectros de Raman del CNTs y del CNPs no mostró ningún cambio que sugerían una falta de efectos de SERS.

Para dar a un presupuesto más cuantitativo del aumento de SERS el factor del aumento (EF) era calculado según [21].

SERSN/RR(HACIA ADENTRORRSERS) (Eq. 1)

Donde estánRR el númeroSERS de moléculas sondadas por la espectroscopia regular de Raman y SERS N y N, respectivamente; e IRR e ISERS son las intensidades correspondientes. Para calcular el factor del aumento, es crítico estimar los volúmenes sondados por los dos métodos.

En el caso de la espectroscopia regular de Raman, asumimos que el volumen sondado es un cilindro del μm 2×5 (proporcionado por un objetivo 50× en el modo confocal una apertura del μm 50), dando un volumen de 15.7×10-15 L. Por Lo Tanto, una concentración de la glicocola de 2,7 M corresponde a las moléculas del ~10 2×10 en este volumen, dando a un Raman la intensidad de 30 cps.

En el caso de SERS, la señal viene en de triángulo del máximo uno dentro del CNP. Porque el diámetro del CNPs es aproximadamente 300 nanómetro, el triángulo más grande de la talla que puede entrar en los tubos es 300 longitudes del borde del nanómetro. Si Se Asume que el campo eléctrico que viene de los triángulos no extiende a una distancia más arriba de 35 nanómetro [22], el volumen analizado se puede considerar como prisma triangular que extiende alrededor del nanotriangle 35 nanómetro en todas las direcciones. Esto tiene un volumen de 8x10-19 L. Entonces, en una 1 concentración del milímetro o-3 de la glicocola de 10 M, las moléculas del ~ 480 se sondan en este volumen, que producen una intensidad de SERS de 200.

De estos parámetros, obtenemos un E.F.= (10el200×2.5×10)/(30×480) 4×10.8

Debido a los métodos usados, es difícil controlar la cantidad exacta de partículas que entren o asocien a los nanotubes. Según Lo observado por SEM y TEM, el CNPs contiene a lo más una partícula triangular. El Bingel Rx CNTs tiende a contener atados de partículas cuyo algo es triangular. Naturalmente, una concentración más alta de triángulos sería más eficiente en el aumento de la señal. El trabajo Futuro implicaría métodos más complejos más concretamente para asociar las partículas triangulares a la superficie interna o exterior de los nanotubes.

Conclusión

El functionalization de los nanotubes y de los nanopipes del carbón para el uso como antenas superficie-aumentadas de la espectroscopia de Raman se ha logrado. SERS se ha logrado usando dos tipos de nanotubes y de accesorio, a los resultados idénticos. Éstos tienen grandes flexibilidad y adaptabilidad para la detección del trazo en aplicaciones biológicas. También, el CNPs permite que los líquidos fluyan y que obren recíprocamente dentro y se puede utilizar para los estudios ines situ. Los experimentos Químicos se pueden conducto dentro del tubo, con los productos de la reacción observados por SERS. Combinar estos nanotubes SERS-activos con técnicas de nano-sondeo ya existentes podía activar el estudio de células con sensibilidad de la único-molécula.

Métodos y Materiales

los nanotriangles SERS-activos del oro fueron sintetizados por el método del Cymbopogon usado hacia adentro [23]. Primero, 5g fino de las hojas lavadas y secadas del corte del Cymbopogon fueron puestos en 20mL de hervir a DI water para que el minuto 5 cree el extracto de la hoja. El oro fue sintetizado por 10mL de mezcla de una solución 1mM acuosa4 de HAuCl con diversas cantidades del extracto del Cymbopogon en la temperatura ambiente, y revuelto durante la noche.

La Glicocola, un aminoácido, fue utilizada mientras que la muestra de la prueba de SERS como es simple, se ha estudiado previamente detalladamente [18, 24, 25] y es un precursor útil a muestras biológicas más complicadas. La Glicocola fue utilizada según lo recibido de la Sigma Co sin la purificación adicional. La concentración final antes de usar era 1 milímetro, con 10 milímetros de NaCl y Ácido clorhídrico para facilitar la agregación. Esta concentración fue elegida porque es demasiado baja ser detectada en absoluto con la espectroscopia estándar de Raman en la configuración usada (una gotita en un fulminante del Si).

El CNPs fue sintetizado con un método noncatalytic de la deposición de vapor (CVD) químico usando una membrana comercial del alúmina como modelo poroso (Whatman Anodisc®), diámetro nominal del poro: 300 nm±10%, espesor: μm 60. Los nanopipes Libres fueron obtenidos después de la disolución del modelo del alúmina en una solución de ebullición del 1M del hidróxido de sodio. El diámetro de los nanopipes resultantes corresponde al diámetro de los poros en la membrana original, y la longitud, después de la sonicación, es generalmente el μm 10. Después de síntesis, el CNPs tiene una estructura desordenada de la pared [26].

Los espectros de Raman fueron detectados usando un Renishaw 1000/2000 micro-espectrómetro de Raman (rejilla de 1200 l/mm) en geometría de la retrodispersión. La fuente de la excitación era un laser del diodo (785 nanómetro), enfocado (el objetivo 50x) a una talla de mancha del μm aproximadamente 2. Los espectros eran analizados usando software del Cable 2,0 de Renishaw. Los espectros de Raman fueron tomados de CNTs múltiple de cada tipo y los resultados mostrados aquí son representante de estudiado todo.

Utilizaron a un Zeiss Supra 50VP para obtener imágenes de la microscopia electrónica (SEM) de la exploración.

Acuses De Recibo

Gracias a D. Breger por operatorio SEM, D. Mattia por síntesis y preparación de CNPs y operación del TEM por Fig. 1a, y G. Korneva por realizar el Bingel Rx en MWNT según la Referencia. [16], y para la síntesis del golloid esférico del oro. El autor también reconoce Arkema, Francia para los nanotubes de abastecimiento del multiwall. Los estudios de TEM fueron realizados en el Recurso Regional de la Nanotecnología de Penn. A. Sabur fue utilizado por una Beca de NDSEG y Fellowship de un Decano. La Microscopia Electrónica De la Espectroscopia y de la Exploración de Raman fue realizada en el Recurso Centralizado de la Caracterización de Materiales, Universidad de Drexel.

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Detalles del Contacto

Alia Sabur

Ciencia Material y Oficina Técnica
Universidad de Drexel, Calle de 3141 Castañas
Philadelphia, PA 19104
LOS E.E.U.U.

Teléfono: +1 215 200 7494.

Email: as428@drexel.edu

Date Added: Oct 3, 2007 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:35

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