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DOI : 10.2240/azojono0117

Superficie Raman Spectroscopy base de nanotubos de carbono sondas celulares

Alia Sabur

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Enviado: 22 julio 2007

Publicado: 03 de octubre 2007

Nanopartículas facetas pueden crear estos puntos de forma individual, eliminando la necesidad de un control preciso de la agregación [15].

Resultados y Discusión

Dos tipos de nanosondas fueron creados y probados.   En primer lugar, CNP con nanotriangles adjunta en el interior, que permiten el estudio de las interacciones dentro de los tubos. Una suspensión de CNP en etanol y una solución de la nanotriangles estaba preparado, lo que permite que los triángulos para difundir dentro del CNP. Antes de su uso, una gota de esta suspensión fue colocada sobre una oblea de silicio y se deja secar completamente.   Aunque no hay triángulos se observaron en la superficie del CNP con microscopía electrónica de transmisión (TEM), el CNP se lavaron suavemente con agua destilada para remover cualquier triángulos en la superficie.   Los nanotubos se observaron mediante imágenes de electrones retrodispersados ​​con microscopía electrónica de barrido (SEM) para buscar las partículas de oro, que no aparece en la parte exterior de los tubos.   Después de la evaporación del agua, la solución de glicina fue depositado en el CNP.   Debido a que el CNP son de gran diámetro, los tubos individuales eran claramente visibles.

En segundo lugar, reducir los nanotubos de pared múltiple con triángulos unidos químicamente al exterior por la reacción Bingel [16] .   La reacción Bingel es un ejemplo de una reacción [2 + 1] cicloadición.   Los principales pasos en el proceso son:   En primer lugar, los nanotubos se encontraban inmovilizados en una superficie y transesterificación mediante agitación prolongada en un exceso de 2 (metiltio) ethanolfollowed por un prolongado lavado con éter dietílico para formar [(Cooch 2 CH 2 SMe) 2 C <SWNT].   Luego, mediante la explotación del oro interacción vinculante de azufre del grupo ciclopropano fue "etiquetado" con nanopartículas de oro.   Muestras mezcladas sin la reacción Bingel no mostró apego de los triángulos de los nanotubos.

Del mismo modo, la CNT con triángulos unidos fueron depositadas sobre una oblea de silicio y lavar suavemente con agua destilada.   Después de la evaporación, la glicina se deposita en la CNT.   Raman espectros se tomaron a partir de pequeños grupos de nanotubos, que contiene tan sólo visible con la configuración del instrumental utilizado.

Cualquier glicina superfluo en todo el resto de los nanotubos durante las mediciones Raman no afecta los resultados.   La concentración de glicina es demasiado bajo para ser observada por espectroscopia Raman convencionales, por lo que sólo se observan al entrar en contacto con el nanotriangles que sólo dentro de la CNT o el CNP.   Todos los espectros de glicina fueron tomadas mientras está húmedo, para evitar la formación de cristales en la superficie del tubo durante el proceso de secado.

Figura 1.   Microscopía de sondas de nanotubos. (A) TEM imagen de una partícula esférica en el interior del triángulo y un nanopipe. (B) Imagen SEM de un triángulo y una partícula hexagonal unido a MWNT por la reacción Bingel. (C) Una imagen SEM de un triángulo dentro de un nanopipe hecho transparente por la alta tensión (25 kV). (D) Una imagen SEM de la nanopipe mismo que en (c) con una tensión de aceleración de 4 kV, que muestra nada en la región de (c), lo que significa que el triángulo se encuentra en el interior del tubo.

Un nanotubo para obtener SERS fue llevado a SEM y el observado, que muestra un triángulo en el interior de los nanotubos.   Con una tensión de aceleración de 4 kV, no se observaron partículas, pero cuando se eleva a 25 kV de las paredes del tubo se volvió transparente, que permite la observación del triángulo, que se muestra en la Figura 1.

Espectros Raman correspondientes de estos dos métodos se muestran en la Figura 2.   Los picos de glicina visibles son idénticos en ambos casos, y se corresponden bien con la literatura anterior en SERS de la glicina.   También son visibles los espectros Raman de la CNP y la CNT, que consiste en una banda alrededor (1350 cm -1), que es una banda de resonancia doble comunes para los materiales de carbono (grupo D) y una banda alrededor de 1600 cm -1 relacionados con la in- vibraciones plano de grafito (grupo G).   Estas bandas aparecen diferentes entre la CNT y el CNP, debido a la diferencia en su síntesis [17] - Los nanotubos de carbono son en su mayoría de grafito, mientras que el CNP tiene una estructura de la pared desordenada.

Figura 2.   Espectros Raman obtenidos mediante el uso de sondas de nanotubos. (1) del CNP con triángulos en el interior, (2) de MWNT con triángulos conectados al exterior, y (3) sin presencia de nanotubos, que muestra la falta de señal, además de Si. (A) Una imagen de un pequeño grupo de MWNT para obtener SERS.   (B) Un nanopipe individuales que se utilizan para obtener SERS.

1590 w

COOH asimetría. tramo

1612 m

NH 3 + asimetría. def.

Dou et al. demostrado que la glicina interactúa con nanopartículas de oro a través de los grupos amino [18] que por tanto son más afectados por el campo de plasmones-eléctrica generada.   La comparación de estos resultados a SERS de glicina en una solución coloidal de Au muestra un cambio ascendente de unos 5-10 cm -1 de los picos de la glicina.   Además, observaron picos SERS se corresponden bien con los cálculos ab initio de Kumar et al [19] .

En el caso de la espectroscopia Raman regular, se supone que el volumen sondeado es un cilindro de 2 'm 5 m (proporcionado por una de 50' objetivo en el modo confocal con una abertura de 50 m m), dando un volumen de 15,7 '10 -15 L. Por lo tanto, una concentración de glicina 2,7 M corresponde a ~ 2 '10 10 moléculas en este volumen, dando una intensidad Raman de 30 cps.

En el caso de SERS, la señal viene de como máximo un triángulo dentro del CNP.   Debido a que el diámetro del CNP es de aproximadamente 300 nm, el triángulo de mayor tamaño que pueden entrar en los tubos es de 300 nm longitud de la arista.   Suponiendo que el campo eléctrico proveniente de los triángulos no se extiende a una distancia superior a 35 nm [22] , El volumen analizado puede ser considerado como un prisma triangular que se extiende alrededor de la nanotriangle 35 nm en todas las direcciones.   Esto tiene un volumen de 8x10 -19 L.   Luego, en una de 1 mm o 10 -3 M de concentración de glicina, ~ 480 moléculas son probados en este volumen, que producen una intensidad SERS de 200.

A partir de estos parámetros, se obtiene una EF = (200 '2.5' 10 10) / (30 '480) »4' 10 8.

Debido a los métodos utilizados, es difícil controlar la cantidad exacta de las partículas que entran o se adhieren a los nanotubos.   Según lo observado por SEM y TEM, el CNP contener un máximo de una partícula triangular.   La CNT Bingel Rx tienden a contener grupos de partículas de los cuales algunos son triangulares.   Naturalmente, una mayor concentración de triángulos sería más eficiente en la mejora de la señal.   El trabajo futuro incluiría métodos más complejos para unir más específicamente las partículas de triangular a la superficie interior o exterior de los nanotubos.

Conclusión

La funcionalización de los nanotubos de carbono y nanotubos para su uso como superficie mejorada sondas de la espectroscopia Raman se ha logrado.   SERS se ha logrado usando dos tipos de nanotubos y el apego, a resultados idénticos.   Estos tienen una gran versatilidad y flexibilidad para la detección de trazas de aplicaciones biológicas.   Además, el CNP que los líquidos fluyan e interactuar dentro y puede ser utilizado para estudios in situ.   Experimentos químicos pueden llevarse a cabo dentro del tubo, con los productos de la reacción observada por SERS.   La combinación de estos nanotubos de SERS-activa con los ya existentes nano-técnicas de sondeo podría permitir el estudio de las células con la sensibilidad de una sola molécula.

Métodos y Materiales

SERS-activa nanotriangles oro fueron sintetizados por el método utilizado en la hierba de limón [23] .   En primer lugar, 5 g de finamente cortado lavan y se secan las hojas hierba de limón se colocaron en 20 ml de agua hirviendo durante 5 minutos DI para crear el extracto de hoja.   El oro fue sintetizada por 10 ml de mezcla de una solución acuosa 1 mM HAuCl 4 solución con diferentes cantidades de extracto de hierba de limón a temperatura ambiente y se agita durante la noche.

Glicina, un aminoácido, se utilizó como muestra SERS, ya que es simple, se ha estudiado anteriormente en detalle [18, 24, 25] y es un precursor útil para muestras biológicas más complejas.   La glicina se utiliza como se recibió de Sigma Co, sin purificación adicional.   La concentración final antes de su uso fue 1 mM, con 10 mM de NaCl y HCl para facilitar la agregación.   Esta concentración fue elegida porque es demasiado baja para ser detectada en absoluto con la espectroscopia Raman estándar en la configuración utilizada (una gota en una oblea de silicio).

El CNP se sintetizaron con una no catalítica deposición química de vapor (CVD) usando una membrana comercial de alúmina como una plantilla porosa (Whatman Anodisc ®), el diámetro nominal de poro: 300 nm ± 10%, un espesor de 60 m m.   Nanotubos independientes se obtuvieron después de la disolución de la plantilla de alúmina en una solución en ebullición 1M de hidróxido de sodio.   El diámetro de los nanotubos resultante se corresponde con el diámetro de los poros en la membrana original, y la longitud, después de la sonicación, es generalmente de 10 m m.   Después de la síntesis, el CNP tiene una estructura de la pared desordenada [26] .

Raman espectros fueron adquiridos mediante un Renishaw Raman 1000/2000 micro-espectrómetro (1200 l / mm rejilla) en la geometría de back-scattering. La fuente de excitación fue un láser de diodo (785 nm), se centró (50x objetivo) de un tamaño de spot de aproximadamente 2 micras. Los espectros fueron analizados mediante el software 2.0 de alambre de Renishaw.   Espectros Raman se tomaron a partir de nanotubos de carbono múltiples de cada tipo y los resultados aquí mostrados son representativos de todos los estudiados.

A Zeiss Supra 50VP se utilizó para obtener microscopía electrónica de barrido (SEM) imágenes.

Agradecimientos

Gracias a D. Breger para el funcionamiento del SEM, D. Matías de síntesis y preparación de CNP y el funcionamiento del TEM de la figura. 1a y Korneva G. para la realización de la Rx Bingel en MWNT según ref. [16], y para la síntesis de la esférica golloid oro.   El autor también reconoce Arkema , Francia para el suministro de nanotubos multicapa. Los estudios se realizaron en el TEM Fondo Penn Nanotecnología Regional. A. Sabur fue apoyado por una beca y beca NDSEG un Decano. Espectroscopia Raman y microscopía electrónica de barrido se realizó en el Centro de Caracterización de Materiales centralizada, Drexel Universidad .

Referencias

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Date Added: Oct 3, 2007

Last Update: 10. October 2011 11:43