Hiilinanoputkia (CNTs) ovat osoittaneet suurta potentiaalia käytettäväksi solujen anturia. Kuten "nanopipes" niitä voidaan käyttää nesteitä tai soluista ja pistää ratkaisuja tai huumeita suoraan yksittäisiä soluja ja yksittäisten soluelimiin solujen sisällä. Lisäksi, koska pienet halkaisijat hiilinanoputkien aiheuttaa hieman vahingoittaa soluja, kun levinneisyys. Carbon nanopipes (CNPS) on täytetty vedellä [1] , Nestekiteet [2] , Loisteputki [3] Ja magneettiset nanopartikkelit [4] osoittaneet, että ne voidaan käyttää kuljetukseen erilaisia nesteitä ja soluista. Tekemällä nämä anturit pystyvät aistimaan solujen sisällä, tietoa kemiallisista vuorovaikutuksista solujen sisällä löytynyt. Pinta-avusteinen Ramanspektroskopia (SERS) on tämä ominaisuus. Making hiilinanoputkien SERS-aktiiviseksi muokkausta kanssa SERS-aktiivinen nanohiukkaset, luo mahdollisuuden erittäin herkkä tutkimus ja tunnistaminen osien soluista. Lisäksi nanoputket voidaan soveltaa nanofluidic laite, jossa he voivat toimia yhteenliittämisen välillä nestesäiliötä ja solu, sekä tarjota ja otteen nesteitä. Vaikutukset nesteitä soluja voitaisiin tutkia paikan päällä. SERS tekniikkaa voidaan käyttää parantamaan Raman signaalin tekijät jopa 10 14 [5] . Se on kaksi päätavoitetta, ensinnäkin parantaa suhteellisen heikko Raman signaali mikä vaikeuttaa tutkia yksityiskohtaisesti kemiallista sisältöä monia monimutkaisia yksilöitä, ja toinen, saada tietoa pinnasta monimutkaisten materiaalien (kerroksen). Vuonna SERS sivusuunnassa resoluutio ei määräydy diffraktio rajoittaa, vaan spatiaalinen sulkee paikallisten kenttien [6] . Tämä jäljittää analyysivalmiuksia on mielenkiintoisin biologisiin tutkimuksiin, jolloin molekyyli tunnistaa nanomittakaava. Tämä on erityisen tärkeää, koska biologisesti molekyylit ovat usein saatavilla luonnehdinnasta erittäin pieniä määriä. On olemassa kaksi pääasiallista mekanismeja SERS lisälaite, sähkömagneettinen ja kemialliset [70-10] . Sähkömagneettinen parantaminen koskee magnetointi pinta plasmons nanokokoluokan metallirakenteet, kun taas kemian lisälaite koskee maksu-siirto monimutkainen välillä metalli ja näytettä. Tavallisia menetelmiä luoda lisälaite tarvittavat SERS ovat karhentaa tai kuviollinen metallilevyjä, tai pallomaisia nanohiukkasia. Kuitenkin nämä käyttävät "hot-spotit" luoda huomattavaa parannusta tekijät haluttu. Alustavat tulokset ovat osoittaneet, että pallomainen nanohiukkasten upotettu seiniin hiilinanoputkien tuottaa heikko mutta havaittavissa signaali [11]. On osoitettu, että kasvot nanohiukkasten paljon suurempaan SERS intensiteettiä kuin kolloidista nanohiukkaset [12] Koska quadrupolimassaspektrometria [13] ja kaltevuus kentän vaikutukset [14] ja niin käytetään tässä tutkimuksessa. Nämä voivat rentoutua valinta sääntöjä, ja aiheuttaa ulkonäkö normaalisti kielletty Raman linjat, selittää joitakin muutoksia havaittu SERS spektriä. Viistetty nanohiukkaset voivat luoda näitä hot-spotit yksitellen, poistaen tarpeen tarkan ohjauksen yhdistäminen [15]. Tulokset ja pohdinta Kahdenlaisia nanoprobes luotiin ja testattiin. Ensinnäkin CNPS kanssa nanotriangles kiinnitetty sisällä, jotka mahdollistavat tutkimus vuorovaikutuksesta sisällä putkia. Keskeyttäminen CNPS etanoliin ja ratkaisu nanotriangles oli valmis, jolloin kolmioiden levitä sisälle CNPS. Ennen käyttöä, pisara keskeyttämisestä oli sijoitettu päälle piikiekon ja annetaan kuivua perusteellisesti. Vaikka mitään kolmiota havaittu pinnalla CNPS kanssa läpäisyelektronimikroskoopilla (TEM), CNPS oli pestävä varoen DI vedellä poistaa kaikki kolmiot pinnalla. Nanoputket havaittiin käyttäen backscattered elektronin kuvantamisen pyyhkäisyelektronimikroskopia (SEM) etsimään kulta hiukkasia, jotka eivät näy ulkopuolelle putket. Kun haihtumisen, glysiini ratkaisu oli talletetaan onto CNPS. Koska CNPS ovat suuria, halkaisijaltaan yksittäisten putkien näkyi selvästi. Toiseksi kapea usean seinän nanoputkia kolmioilla kemiallisesti kiinnitetty ulkopuolelta Bingel reaktio [16] . Bingel reaktio on esimerkki [2 + 1] cycloaddition reaktio. Tärkeimmät vaiheet prosessissa ovat: Ensin nanoputket olivat immobilisoidaan pinnalla ja transesterified pitkäaikainen sekoittaen yli 2 (metyylitio) ethanolfollowed laajat pesemällä dietyylieetterillä muodostaa [(COOCH 2 CH 2 pk) 2 C <SWNT]. Sitten hyödyntämällä kultaa rikki sitova vuorovaikutus syklopropaani ryhmä oli "tagged" käyttää kultaa nanohiukkasten. Näytteitä sekoittaa ilman Bingel reaktiota ei havaittu kiinnitys kolmiota ja nanoputket. Samoin CNTs kolmioilla liitteenä oli talletettu piikiekon ja pestään varovasti DI vettä. Kun haihdutus, glysiini oli talletetaan onto CNTs. Raman spektrit otettiin pieniä klustereita nanoputkia, joka sisältää niin vähän kuin näkyvissä instrumentaali setup käytetty. Kaikki tarpeeton Glysiini jäljellä noin nanoputket aikana Raman mittauksia ei vaikuta tuloksiin. Pitoisuus glysiini on liian alhainen tulee noudattaa perinteisen Ramanspektroskopia, joten se vain havaittavissa koskettaessa nanotriangles jotka ovat vain sisäpuolella CNT tai CNPS. Kaikki spektrit glysiinin otettiin taas märkä, estää muodostumista crystallites pinnalla putki kuivauksen aikana.  Kuva 1. Mikroskopia nanotube antureita. (A) TEM kuva kolmion ja pallomainen hiukkasen sisällä nanopipe. (B) SEM kuva kolmion ja kuusikulmainen hiukkanen kiinnitetty MWNT jonka Bingel reaktio. (C) SEM kuva kolmion sisällä nanopipe tehnyt avoimuutta korkea jännite (25 kV). (D) SEM kuva sama nanopipe kuin (c) kiihtyvällä 4 kV, osoittaa mitään alueella (C), mikä tarkoittaa, että kolmio sijaitsee sisällä putkeen. Nanotube käytetään hankkimaan SERS tuotiin SEM ja todettu, osoittaa kolmion sisäpuolella nanotube. Kiihtyvällä 4 kV, ei hiukkasten havaittiin, mutta kun nostetaan 25 kV seinät putki tuli avoimempi, mikä havainto kolmion, kuvassa 1. Vastaavat Raman spektrit näistä kahdesta menetelmästä ei ole esitetty kuvassa 2. Glysiini huiput näkyvät ovat samat molemmissa tapauksissa, ja vastaavat hyvin aiempien kirjallisuutta SERS glysiinin. Myös näkyvissä ovat Raman spektrit CNPS ja CNTs, joka koostuu bändin ympärillä (1350 cm -1), mikä on kaksinkertainen resonanssi bändi yhteiset hiilidioksidin materiaalit (D bändi) ja bändi noin 1600 cm -1 liittyvät in- kone värähtelyt grafiitti (G yhtye). Nämä juovia eroa CNTs ja CNPS eron vuoksi niiden synteesi [17] - CNTs ovat enimmäkseen grafiittirikkaisiin, kun CNPS on sekainen seinärakenne.  Kuva 2. Raman spektrit saadaan käyttämällä nanotube antureita. (1) CNPS kolmioilla sisäpuolella, (2) MWNT kolmioilla kiinnitetty ulkopuolelta, ja (3) ilman nanoputkien läsnä, osoittaa puuttuminen signaalin lisäksi SI. () Kuva pieni klusterin MWNT käytetään hankkimaan SERS. (B) yksittäisiin nanopipe käytetään hankkimaan SERS. Neljä ylimääräistä huiput päässä glysiini näkyvät kello 817-872 (NH 2 twist - CH 2 twist), 1048 (CN stretch), 1083 (NH 3 + heiluttaa) ja 1453 (CH 2 mutka) cm -1. Eroja säännöllisen Raman ja SER spektrejä voidaan selittää kaltevuus kentän ja quadrupolimassaspektrometria vaikutuksia, kuten edellä on todettu. Taulukko I. Taajuudet (cm -1) ja toimeksiannot bändeistä perinteisen Raman spektrit ja SERS glysiinin. | | 816 s, 872 w | 817 W, 872 s | NH 2 Twist + CH 2 twist | 901 s | 950 w | | CC venytys | 1033 W | 1026 W | 1048 W | CN venytys | 1131 W | 1175 s | 1083 W | NH 3 + heiluttaa | | 1229 W, 1273 m | | | 1328 s | 1311 W | | CH 2 heiluttaa | | 1374 W | | C-NH 3 + venytys | 1407 s | | | COOH sym. venyttää | 1438 m | 1437 W | 1453 m | CH 2 mutka | 1513 W | 1527 s | | NH 3 + sym. def. | | | 1590 W | | COOH Asym. venyttää | 1612 m | | | NH 3 + Asym. def. |
Dou et al. osoittaneet, että glysiini vuorovaikutuksessa kultananopartikkeleilla kautta aminoryhmät [18] jotka ovat siksi alttiimpia Plasmon syntyvän sähkökentän. Vertailu näiden tulosten SERS glysiinin Au kolloidi ratkaisu osoittaa vaihteelle noin 50-10 cm -1 glysiinin huiput. Lisäksi havaittiin SERS huiput vastaavat hyvin alunalkaen laskelmien Kumar et al [19] . Parantaminen näyttää olevan pieni, mutta selvästi erotettavissa, että signaalin muutaman glysiini molekyylejä sisällä yhden putken. Vaikka SERS huiput ovat suhteellisen alhaiset voimakkuus, se on aikaisemmin todettu, että läsnäolo hiilen lähellä SERS-aktiivinen metalli voidaan vähentää intensiteettiä SERS signaalin tekijät satoja [20] . Vaikka SERS tutkimuksia on tehty hiilinanoputkien, vertailu Raman spektrien CNTs ja CNPS ei todettu muutoksia viittaa puute SERS vaikutuksia. Antaa enemmän määrällinen arvio SERS lisälaite lisälaite tekijä (EF) laskettiin [21] . EF = I SERS N RR / (I RR N SERS) (Eq. 1) Missä N RR ja N SERS ovat määrä molekyylejä kysyneet säännöllisesti Ramanspektroskopia ja SERS: lla, ja minä RR ja minä SERS ovat vastaavat intensiteetit. Laskea lisälaite tekijä, on tärkeää arvioida määriä probed kahdella eri menetelmällä. Kun kyseessä on säännöllinen Ramanspektroskopia, oletamme että äänenvoimakkuus probed on sylinteri 2 "5 m m (toimittamat 50" tavoite konfokaali tilassa, jonka silmäkoko on 50 m m), jolloin volyymi 15,7 "10 -15 L. Siksi glysiini pitoisuus 2,7 M vastaa ~ 2 "10 10 molekyylit tässä teoksessa, jolloin Raman intensiteetti 30 cps. Tapauksessa SERS, signaali tulee at enintään yhden kolmion sisälle CNP. Koska halkaisija CNPS on noin 300 nm, suurin koko kolmion jotka voivat tulla putket on 300 nm sivun pituus. Olettaen, että sähkökenttä tulevat kolmiot ei ulotu etäisyys suurempi kuin 35 nm [22] , Analysoi äänenvoimakkuutta voidaan pitää kolmion prisman ulottuu ympäri nanotriangle 35 nm kaikkiin suuntiin. Tämä on määrä 8x10 -19 L. Sitten, 1 mm tai 10 -3 M glysiini pitoisuus, ~ 480 molekyylit ovat kysyneet tässä teoksessa, joka tuottaa SERS intensiteetti 200. Näistä parametrit, saadaan EF = (200 '2.5 "10 10) / (30' 480)» 4 "10 8. Johtuen käytetyistä menetelmistä, on vaikea valvoa tarkasti hiukkasten määrää syöttää tai liittää nanoputket. Kuten todettu SEM ja TEM, CNPS sisältää enintään yhden kolmion hiukkanen. Bingel Rx CNTs yleensä sisältää klustereita hiukkasia, joista osa on kolmiomainen. Luonnollisesti suurempaa kolmiot olisivat tehokkaampia signaalin laatua. Tuleva työ vaatisi monimutkaisempia menetelmiä tarkemmin kiinnittää kolmion hiukkaset sisä-tai ulkopintaan nanoputkien. Johtopäätös Muokkausta hiilinanoputkien ja nanopipes käytettäväksi pinta-avusteinen Ramanspektroskopia mittapäät on saavutettu. SERS on saavutettu käyttämällä kahta nanoputkia ja kiinnitys, jotta samanlaisiin tuloksiin. Nämä ovat monipuolisuuteen ja joustavuutta jäljittää havaitsemiseen biologisissa sovelluksissa. Myös CNPS mahdollistavat nesteiden virtausta ja vuorovaikutuksessa sisällä ja sitä voidaan käyttää in situ tutkimuksia. Kemialliset kokeet voidaan suorittaa putkessa, jossa reaktiotuotteet havaittu SERS. Yhdistämällä nämä SERS-aktiivinen nanoputkia kanssa jo nano-luotaa tekniikat voivat mahdollistaa tutkimus solujen yhden molekyylin herkkyys. Menetelmät ja materiaalit SERS-aktiivinen kulta nanotriangles olivat syntetisoidaan sitruunaruoho käytetty menetelmä [23] . Ensinnäkin 5g hienoksi leikattu pestä ja kuivata sitruunaruohoa lehdet otettiin 20ml kiehuvaa DI vedessä 5 min luoda lehtiuutteen. Kultaa syntetisoitiin sekoittamalla 10ml on 1 mM vesiliuoksen HAuCl 4 ratkaisu eri määriä sitruunaruoho otteen huoneenlämmössä, ja sitä sekoitettiin yön yli. Glysiini, aminohappo, käytettiin SERS näyte, koska se on yksinkertainen, on tutkittu aiemmin yksityiskohtaisesti [18, 24, 25] ja on hyödyllinen edeltäjä monimutkaisempi biologisia näytteitä. Glysiini käytettiin saatu Sigma Co ilman lisäpuhdistusta. Lopullinen pitoisuus ennen käyttöä oli 1 mm, 10 mM NaCl ja HCl helpottaa kasvattamisessa. Tämä pitoisuus valittiin, koska se on liian alhainen voidaan havaita lainkaan standardin Ramanspektroskopia määrityksissä käytetty (pisaran Si kiekkoon). CNPS syntetisoitiin kanssa noncatalytic CVD (CVD) menetelmällä käyttäen kaupallisia alumiinioksidin kalvo niin huokoinen mallia (Whatman Anodisc ®), nimellinen huokoskoko: 300 nm ± 10%, paksuus: 60 m m. Vapaasti seisova nanopipes saatiin jälkeen hajoamisen alumiinioksidin mallin kiehuvaan 1M natriumhydroksidia. Halkaisija tuloksena nanopipes vastaa halkaisija huokoset alkuperäinen kalvo, ja pituus, kun sonication, on yleensä 10 m m. Synteesin jälkeen, CNPS on huonokuntoinen seinärakenne [26] . Raman spektrit hankittiin käyttäen Renishaw 1000/2000 Raman mikro-spektrometri (1200 l / mm ritilä) ja uudelleen puhdistuksen geometria. Magnetointi lähde oli diodi laser (785 nm), keskittyi (50x tavoite) ja pisteen koko on noin 2 mikrometriä. Spektrit analysoitiin Wire 2.0-ohjelmiston Renishaw. Raman spektrit otettiin useista CNTs kunkin ja näkyvät tulokset edustavat kaikkia tutkittu. Zeiss Supra 50VP käytettiin saada pyyhkäisyelektronimikroskopia (SEM) kuvia. Kiitokset Kiitos D. Breger käyttökustannukset SEM, D. Mattia synteesissä ja valmistelu CNPS ja toiminnan TEM varten Kuva. 1a, ja G. Korneva suorittamiseen Bingel RX MWNT mukaan Ref. [16], ja synteesissä pallomainen kulta golloid. Kirjoittaja tunnustaa myös Arkema , Ranska toimittamisesta monikerroksinen nanoputkia. TEM tutkimukset tehtiin Penn Alueellinen Nanoteknologia Facility. A. Sabur tuettiin NDSEG Fellowship ja Dean n Fellowship. Ramanspektroskopia ja Scanning Electron Microscopy suoritettiin keskitetty Materiaalit karakterisointi Facility, Drexel University . |