Les nanotubes de carbone (NTC) ont montré un grand potentiel pour l'utilisation comme sondes cellulaires. Comme "nanotubes" ils peuvent être utilisés pour transporter des liquides ou des cellules et injecter des solutions ou des médicaments directement dans les cellules individuelles et des organites dans les cellules individuelles. En outre, en raison de la faible diamètre des nanotubes de carbone induisent peu de dommages aux cellules lors de la pénétration. Nanotubes de carbone (CNPS) ont été remplies avec de l'eau [1] , Les cristaux liquides [2] , Fluorescent [3] , Et les nanoparticules magnétiques [4] montrant qu'ils peuvent être utilisés pour le transport de différents types de fluides et de cellules. En faisant ces sondes capables de détecter l'intérieur des cellules, des informations sur les interactions chimiques dans les cellules pourraient être trouvées. Surface-enhanced Raman Spectroscopy (SERS) a cette capacité. Rendre les nanotubes de carbone SERS-actif par fonctionnalisation avec la SERS-actif nanoparticules, crée la possibilité d'étude extrêmement sensibles et identification des composants de cellules. En outre, les nanotubes peuvent être appliquées à un nanofluidique où ils peuvent servir d'interconnexion entre un réservoir de fluide et de la cellule, à la fois à livrer et extraire des fluides. Les effets des fluides sur les cellules pourraient être étudiées in situ. La technique SERS peut être utilisé pour améliorer le signal Raman par des facteurs allant jusqu'à 10 14 [5] . Il a deux buts principaux: le premier, pour améliorer le signal Raman relativement faible ce qui rend difficile d'examiner la composition chimique détaillée de nombreux spécimens complexes, et la seconde, pour obtenir des informations de la surface des matériaux complexes (monocouches). Dans la SERS, la résolution latérale est déterminée non par la limite de diffraction, mais par le confinement spatial des champs locaux [6] . Cette capacité d'analyse de traces est le plus intéressant pour des études biologiques, permettant l'identification moléculaire à l'échelle nanométrique. Ceci est particulièrement important parce que les molécules biologiquement pertinentes sont souvent disponibles pour la caractérisation en très petites quantités. Il existe deux mécanismes principaux pour l'amélioration de la SERS, électromagnétiques et chimiques [7-10] . L'amélioration électromagnétiques concerne l'excitation des plasmons de surface sur des structures métalliques nanométriques, tandis que l'amélioration de produits chimiques concerne un complexe de transfert de charge entre le métal et l'échantillon à analyser. Les méthodes habituelles de création de la valeur nécessaire pour la SERS sont rugueuses ou à motifs des plaques de métal, ou des nanoparticules sphériques. Cependant, ces utilisons les "points chauds" de créer les facteurs d'amélioration significative désiré. Les résultats préliminaires ont montré que les nanoparticules sphériques encastrées dans les murs de nanotubes de carbone produisent un signal faible mais observable [11]. Il a été démontré que les nanoparticules facettes donnent une intensité beaucoup plus élevée que la SERS nanoparticules colloïdales [12] en raison de quadripôle [13] et les effets de gradient de champ [14] et sont donc utilisés dans cette étude. Ceux-ci peuvent assouplir les règles de sélection, et provoquer l'apparition de raies Raman normalement interdit, en expliquant certains des changements observés dans les spectres SERS. Facettes nanoparticules peuvent créer ces points chauds, individuellement, en supprimant la nécessité d'un contrôle précis de l'agrégation [15]. Résultats et discussion Deux types de nanosondes ont été créés et testés. Tout d'abord, avec CNPs nanotriangles attachée à l'intérieur, qui permettent l'étude des interactions à l'intérieur des tubes. Une suspension du CNPS à l'éthanol et une solution de la nanotriangles a été préparé, permettant de répartir les triangles à l'intérieur du CNPS. Avant toute utilisation, une goutte de cette suspension a été placé sur une plaquette de silicium et de laisser sécher complètement. Bien qu'aucun des triangles ont été observées à la surface de la CNPS à la microscopie électronique à transmission (MET), la CNPS ont été lavés en douceur avec de l'eau DI pour enlever toute triangles sur la surface. Les nanotubes ont été observés en utilisant l'imagerie d'électrons rétrodiffusés microscopie électronique à balayage (MEB) pour numériser des particules d'or, qui ne figurait pas à l'extérieur des tubes. Après évaporation de l'eau, la solution de glycine a été déposé sur la CNPS. Parce que la CNPS sont de grand diamètre, les tubes individuels étaient clairement visibles. Deuxièmement, étroites à parois multiples nanotubes avec des triangles chimiquement fixé à l'extérieur par la réaction Bingel [16] . La réaction Bingel est un exemple d'une réaction [2 + 1] cycloaddition. Les principales étapes du processus sont: Tout d'abord, les nanotubes ont été immobilisés sur une surface et par une agitation prolongée transestérifiées dans un excès de 2 (méthylthio) ethanolfollowed par lavage abondant à l'éther éthylique pour former [(COOCH 2 CH 2 SMe) 2 C <SWNT]. Ensuite, en exploitant l'or l'interaction de soufre liant le groupe cyclopropane a été "marquées" en utilisant des nanoparticules d'or. Les échantillons mélangés, sans la réaction Bingel montré aucune saisie de triangles pour les nanotubes. De même, les NTC avec des triangles attachés ont été déposés sur une plaque de silicium et lavés en douceur avec de l'eau DI. Après évaporation, la glycine a été déposé sur les NTC. Spectres Raman ont été prises à partir de petits amas de nanotubes, contenant aussi peu visibles avec la configuration instrumentale utilisée. Toute la glycine superflues restant autour des nanotubes au cours des mesures Raman n'affecte pas les résultats. La concentration de la glycine est trop faible pour être observée par spectroscopie Raman conventionnels, ce qui en fait observable que lorsqu'il est en contact avec le nanotriangles qui sont seulement à l'intérieur du CNT ou CNPS. Tous les spectres de glycine ont été prises tout mouillé, pour éviter la formation de cristallites à la surface du tube pendant le processus de séchage.  Figure 1. Microscopie des sondes de nanotubes. (A) image TEM d'une particule sphérique triangle et l'intérieur d'une nanopipe. (B) image MEB d'un triangle et une particule hexagonale attaché à MWNT par la réaction Bingel. (C) Une image MEB d'un triangle dans un nanopipe rendu transparent par la haute tension (25 kV). (D) Une image MEB de la nanopipe mêmes que dans (c) avec une tension d'accélération de 4 kV, ne montrant rien dans la région de (c), ce qui signifie que le triangle est situé à l'intérieur du tube. Un nanotube utilisé pour obtenir la SERS a été porté à SEM et observée, montrant un triangle à l'intérieur du nanotube. Avec une tension d'accélération de 4 kV, pas de particules ont été observées, mais lorsqu'ils sont élevés à 25 kV de la parois du tube devient transparent, permettant l'observation du triangle, la figure 1. Correspondant spectres Raman de ces deux méthodes sont présentées dans la figure 2. Les pics de glycine visibles sont identiques dans les deux cas, et correspondent bien avec la littérature précédente sur la SERS de la glycine. Sont également visibles les spectres Raman de la CNPS et la CNT, composé d'une bande autour de (1350 cm -1), qui est une bande de double résonance commune pour les matériaux de carbone (bande D) et une bande autour de 1600 cm -1 liées aux in- vibrations plan de graphite (bande G). Ces bandes apparaissent différentes entre les NTC et la SPIIC raison de la différence dans leur synthèse [17] - Les NTC sont principalement graphitique, tandis que la CNPS ont une structure de paroi désordonnée.  Figure 2. Spectres Raman obtenus en utilisant des sondes de nanotubes. (1) auprès de SPIIC avec des triangles à l'intérieur, (2) de MWNT avec des triangles attachés à l'extérieur, et (3) sans le présent de nanotubes, montrant l'absence de tout signal en dehors du silicium. (A) Une image d'un petit groupe de MWNT utilisé pour obtenir la SERS. (B) Une nanopipe individuels utilisés pour obtenir la SERS. Quatre pics supplémentaires apparaissent à partir de glycine, à 817 à 872 (NH 2 twist - CH 2 twist), 1048 (étirer CN), 1083 (NH 3 + WAG), et 1453 (CH 2 coude) cm -1. Les différences entre les spectres Raman et régulière SER peut être expliquée par le gradient de champ et des effets quadripolaires, tel que discuté ci-dessus. Tableau I. Fréquences (cm -1) et les affectations de bandes dans les spectres Raman conventionnelle et la SERS de la glycine. | | 816 s, 872 W | 817 W, 872 s | NH 2 CH 2 + torsion torsion | 901 s | 950 w | | Étirer CC | 1033 w | 1026 w | 1048 w | Étirer le CN | 1131 w | 1175 s | 1083 w | NH 3 + wag | | 1229 W, 1273 m | | | 1328 s | 1311 w | | CH 2 WAG | | 1374 w | | C-NH 3 + étirer | 1407 s | | | Sym COOH. s'étirer | 1438 m | 1437 w | 1453 m | CH 2 courbure | 1513 w | 1527 s | | Sym NH + 3. def. | | | 1590 w | | COOH asymétrie. s'étirer | 1612 m | | | NH 3 + asym. def. |
Dou et al. démontré que la glycine interagit avec des nanoparticules d'or à travers les groupes amino [18] qui sont donc plus affectés par le champ électrique généré plasmon. La comparaison de ces résultats à la SERS de glycine dans une solution colloïdale Au montre une montée des rapports d'environ 5-10 cm -1 sur les sommets de glycine. En outre, les pics observés correspondent bien à la SERS calculs ab initio de Kumar et al [19] . L'amélioration semble être petit, mais clairement identifiable, étant le signal à partir des molécules de glycine quelques intérieur d'un tube unique. Alors que les pics de la SERS est relativement faible en intensité, il a été montré précédemment que la présence de carbone près du métal SERS actif peut diminuer l'intensité du signal SERS par des facteurs de plusieurs centaines de [20] . Bien que les études SERS ont été effectuées sur les nanotubes de carbone, la comparaison des spectres Raman des NTC et la SPIIC n'ont montré aucun changement suggérant une absence d'effets SERS. Pour donner une estimation plus quantitative de l'amélioration de la SERS le facteur d'amélioration (EF) a été calculée en fonction de [21] . EF = I SERS N RR / (I RR N SERS) (Eq. 1) Où N RR et la SERS N est le nombre de molécules sondées par spectroscopie Raman régulière et la SERS, respectivement, et je RR et la SERS I sont les intensités correspondantes. Pour calculer le facteur d'accroissement, il est essentiel d'estimer les volumes sondée par les deux méthodes. Dans le cas de la spectroscopie Raman régulière, nous supposons que le volume sondé est un cylindre de 2 'm 5 m (fournie par un 50' objectif dans le mode confocal avec une ouverture de 50 m m), ce qui donne un volume de 15,7 '10 -15 L. Par conséquent, une concentration de glycine de 2,7 M correspond à ~ 2 '10 10 molécules dans ce volume, ce qui donne une intensité Raman de 30 cps. Dans le cas de la SERS, le signal provient d'au maximum un triangle à l'intérieur du CNP. Parce que le diamètre de la CNPS est d'environ 300 nm, le triangle plus grande taille qui peuvent entrer dans les tubes est de 300 nm de longueur d'arête. En supposant que le champ électrique provenant du triangle ne s'applique pas à une distance supérieure à 35 nm [22] , Le volume analysé peut être considéré comme un prisme triangulaire qui s'étend autour de l'nanotriangle 35 nm dans toutes les directions. Cela a un volume de 8x10 -19 L. Puis, à une concentration de 1 mM ou 10 -3 M de glycine, ~ 480 molécules sont sondées dans ce volume, qui produisent une intensité de 200 SERS. A partir de ces paramètres, on obtient une EF = (200 '2,5' 10 10) / (30 '480) »4' 10 8. En raison des méthodes utilisées, il est difficile de contrôler la quantité précise de particules qui entrent ou joindre aux nanotubes. Comme l'a observé par MEB et TEM, la CNPS contenir au plus une particule triangulaire. La CNT Bingel Rx tendent à contenir les grappes de particules dont certaines sont triangulaires. Naturellement, une concentration plus élevée de triangles serait plus efficace dans l'amélioration du signal. Les travaux futurs impliquerait des méthodes plus complexes à plus spécifiquement la fixation des particules triangulaires à la surface intérieure ou extérieure des nanotubes. Conclusion La fonctionnalisation des nanotubes de carbone et nanotubes pour les utiliser comme surface-enhanced sondes spectroscopie Raman a été atteint. SERS a été réalisé en utilisant deux types de nanotubes et de l'attachement, à des résultats identiques. Celles-ci ont une grande polyvalence et de flexibilité pour la détection de traces dans les applications biologiques. En outre, la CNPS permettre aux liquides de circuler et d'interagir à l'intérieur et peut être utilisé pour des études in situ. Expériences chimiques peuvent être réalisées à l'intérieur du tube, avec les produits de la réaction observée par la SERS. La combinaison de ces nanotubes SERS actif avec déjà nano-techniques de sondage pourrait permettre l'étude de cellules avec une seule molécule de sensibilité. Méthodes et matériaux Nanotriangles or SERS actifs ont été synthétisés par la méthode utilisée dans la citronnelle [23] . Tout d'abord, 5g de feuilles de citronnelle finement coupé lavé et séché ont été mis dans 20 ml de DI de l'eau bouillante pendant 5 min afin de créer l'extrait de feuille. L'or a été synthétisé par 10 ml de mélange d'un aqueuse 1mM HAuCl solution 4 avec des quantités différentes de l'extrait de verveine à la température ambiante, et agité pendant une nuit. Glycine, un acide aminé, a été utilisé comme l'échantillon à tester la SERS comme il est simple, a été étudié précédemment en détail [18, 24, 25] et est un précurseur utile de plus compliqué échantillons biologiques. Glycine a été utilisé comme reçus par Sigma Co sans purification supplémentaire. La concentration finale avant de l'utiliser est de 1 mm, avec 10 mM de NaCl et HCl pour faciliter l'agrégation. Cette concentration a été choisie parce qu'elle est trop faible pour être détecté à tous avec la spectroscopie Raman standard dans la configuration utilisée (une goutte sur une plaquette de silicium). La CNPS ont été synthétisés avec un non catalytique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) en utilisant une membrane d'alumine commerciale comme un modèle poreux (Whatman Anodisc ®), diamètre nominal des pores: 300 nm ± 10%, épaisseur: 60 m m. Nanotubes autonomes ont été obtenues après la dissolution du modèle d'alumine dans une solution bouillante d'hydroxyde de sodium 1M. Le diamètre de la nanotubes résultant correspond au diamètre des pores dans la membrane d'origine, et enfin, après sonication, est généralement de 10 m m. Après la synthèse, la CNPS ont une structure de paroi désordonnée [26] . Spectres Raman ont été acquises en utilisant un micro Raman Renishaw 1000/2000 spectromètre (1200 l / mm) à rétrodiffusion géométrie. La source d'excitation est un laser diode (785 nm), concentré (50x objectif) d'une taille de spot d'environ 2 microns. Les spectres ont été analysés à l'aide de fil 2.0 du logiciel de Renishaw. Spectres Raman ont été tirées de NTC multiples de chaque type et les résultats présentés ici sont représentatifs de l'ensemble étudié. Un Zeiss Supra 50VP a été utilisée pour obtenir microscopie électronique à balayage (MEB) des images. Remerciements Merci à D. Breger pour l'exploitation du SEM, D. Mattia pour la synthèse et la préparation de la CNPS et le fonctionnement du TEM pour la Fig. 1a, et G. Korneva pour effectuer les Rx Bingel sur les MWNT selon Réf. [16], et pour la synthèse de l'or sphériques golloid. L'auteur reconnaît également Arkema , France pour la fourniture de nanotubes à parois multiples. Des études ont été réalisées au MET Facilité Penn nanotechnologie régional. A. Sabour a été soutenue par une bourse et la bourse NDSEG une doyen. Spectroscopie Raman et Microscopie électronique à balayage a été effectué à l'installation de caractérisation des matériaux centralisée, Drexel Université . |