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DOI : 10.2240/azojono0117

表面によって高められたラマン分光学カーボン Nanotube は細胞プローブを基づかせていました

Alia Sabur

版権の AZoM.com の Pty 株式会社。

これは割り当ての制限されていない使用が元の作業をきちんと引用されたり非営利的な分布および再生に限定される提供したが、 AZo オール http://www.azonano.com/oars.asp の条件のもとで配られるアゾの開架の報酬システム (AZo オール) 記事です。

入れられる: 2007 年 7 月 22 日

掲示される: 2007 年 10 月 3 日

カバーされるトピック

概要

背景

結果および議論

結論

方法および材料

確認応答

参照

接触の細部

概要

カーボン nanotubes および nanopipes は nanofluidic 装置として使用のための細胞プローブとして大きい潜在性が、あるためにセルに/から解決を運ぶ示されていました。 これらの nanopipes をセルの内で感じることできるようにすることは追加情報の量の巨大のが得られるようにします。 ラマン表面高められた分光学は (SERS)技術で非常に高い空間分解能の生物的標本のトレース検出そして性格描写に使用する非常にラマン高められたシグナルを許可します。 この作業では多目的な nanoprobes の開発を可能にするために、カーボン両方 nanotubes および nanopipes は SERS 実行中の nanoparticles と functionalized。 グリシンが対応する SERS の作業および機能拡張の要因 (10) を推定するのに使用されました8

背景

カーボン nanotubes は (CNTs)細胞プローブとして使用のための大きい潜在性を示しました。 液体をセルに/から運び、セル内の個々のセルそして個々の細胞器官に解決か薬剤を直接注入するのに 「nanopipes として」使用することができます。 さらに、カーボン nanotubes の小さい直径のために浸透にセルへの少し損傷を誘導して下さい。 カーボン nanopipes は (CNPs)水 [1]、液晶 [2]、蛍光で [3]、およびセルに出入して異なったタイプの液体の輸送に使用することができることを示す磁気 nanoparticles [4] 満ちていました。 これらのプローブをセルの内で感じることできるようにすることによってセル内の化学相互作用についての情報は見つけることができます。 ラマン表面高められた分光学に (SERS)この機能があります。 カーボン nanotubes を SERS 実行中の nanoparticles との functionalization によって SERS 実行中に作って、非常に敏感な調査の可能性およびセルのコンポーネントの識別を作成します。 さらに、 nanotubes は流動貯蔵所とセル間の相互接続として役立ってもいい nanofluidic 装置に渡し、得ます液体をへ加えることができます。 セルに対する液体の効果はそのままで調査できます。

10 までの要因によって SERS の技術がラマンシグナルを高めるのに使用することができます14 [5]。 それに 2 つの主な目的があります; 第 1、多くの複雑な標本の詳しい化学内容を検査することを困難にする複雑な材料 (単一層) の表面から情報を手に入れるラマン比較的弱いシグナルおよび第 2 を高めるため。 SERS では、側面解像度は回折限界によって、ローカルフィールド [6] の空間的な拘束によってない定められます。 このトレース分析的な機能は生物的調査のために最も興味深く、分子識別を nanoscale で許可します。 これは生物学的に関連した分子が頻繁に非常に少量で性格描写のために使用できるので特に重要です。 SERS の機能拡張のための 2 つの主要なメカニズムが、電磁石および化学あります [7-10]。 電磁石の機能拡張は化学機能拡張は分析されるべき金属とサンプル間の料金転送の複合体にかかわるが、 nanoscale の金属の構造の表面のプラズモンの刺激にかかわります。

SERS に必要な機能拡張を作成する通常方法はまたは模造された金属板、か球形の nanoparticles 荒くなります。 ただし、これらは 「望まれる重要な機能拡張の要因を作成するのにホットスポット」を利用します。 予備の結果はカーボン nanotubes の壁で埋め込まれる球形の nanoparticles が弱く観察可能なシグナル [11] 作り出すことを示しました。

彫面を切り出された nanoparticles が四重極 [13] によるコロイド nanoparticles [12] より大いに高い SERS の強度を与えることが勾配フィールド効果 [14] 示され、従ってこの調査で使用されます。 これらは選択規則を緩めることができ観察される SERS スペクトルの変更の一部を説明する普通ラマン禁止されたラインの出現を引き起こします。

彫面を切り出された nanoparticles はこれらのホットスポットをそれぞれ作成できま集合 [15] の精密な制御のための必要性を取除きます。

結果および議論

2 種類の nanoprobes は作成され、テストされました。 最初に、中接続する nanotriangles との CNPs はそれ管の中の相互作用の調査を可能にします。 エタノールの CNPs および nanotriangles の解決の中断は準備され、 CNPs の中で広がるように三角形がします。 使用の前に、シリコンの薄片にこの中断のしぶきが置かれ、完全に乾燥する。 三角形が透過型電子顕微鏡の CNPs の表面で観察されなかったが (TEM)表面の三角形を除去するために、 CNPs は DI water と穏やかに洗浄されました。 Nanotubes はスキャンの電子顕微鏡検査の backscattered 電子イメージ投射を使用して (SEM)管の外側で現われなかった金の粒子のためにスキャンするために観察されました。 水の蒸発の後で、グリシンの解決は CNPs に沈殿しました。 CNPs が直径で大きいので、個々の管ははっきり目に見えました。

2 番目に、化学的に Bingel の反作用 [16] によって外側に接続する三角形が付いている狭い複数の壁の nanotubes。 Bingel の反作用は a [2+1] cycloaddition の反作用の例です。 プロセスの主要なステップは次のとおりです: 最初に、 nanotubes は表面で固定し、形作るためにジエチルエーテルとの広範な洗浄によって ethanolfollowed 2 の超過分の延長された動揺によって (methylthio) エステル交換されました [(COOCHCHSMe22)2 C<SWNT]。 それから、金の硫黄の結合の相互作用の開発によってシクロプロパンのグループは金の nanoparticles を使用して 「付きました」。 Bingel の反作用なしで混合されたサンプルは nanotubes に三角形の接続機構を示しませんでした。

同様に、接続した三角形との CNTs はシリコンの薄片で沈殿し、 DI water と穏やかに洗浄されました。 蒸発の後で、グリシンは CNTs に沈殿しました。 ラマンスペクトルは使用された器械セットアップとのわずか目に見える含んでいる nanotubes の小さいクラスタから取られました。

ラマン測定の間に nanotubes のまわりに残るどの余分なグリシンでも結果に影響を与えません。 グリシンの集中はそれを観察可能にさせるラマン慣習的な分光学によって観察されるには余りにも低いです時だけ CNPs の中にだけある nanotriangles と接触して。 グリシンのすべてのスペクトルはぬれた、乾式法の間に管の表面のクリスタライトの形成を防ぐために間取られました。

nanotube のプローブの図 1. 顕微鏡検査。 (a) nanopipe の中の三角形そして球形の粒子の TEM 映像。 (b) Bingel の反作用によって MWNT に接続する三角形および六角形の粒子の SEM の画像。 (c) nanopipe の中の三角形の SEM の画像は高圧 (25 の kV) によって透過に作りました。 (d) 4 つの kV の加速の電圧の同じ nanopipe の SEM の画像のと (c)、何も三角形が管の内部にあることを意味する (c) あたりの示しません。

SERS を得るのに使用された nanotube の内部の三角形を示す nanotube が SEM に持って来られ、観察されました。 4 つの kV の加速の電圧によって、粒子は観察されなくが、 25 の kV に上げられたとき管の壁は透過になりま、図 1. で示されている三角形の観察を許可します。

これら二つの方法からの対応するラマンスペクトルは図 2. で示されています。 目に見えるグリシンのピークはいずれの場合も同一で、グリシンの SERS の前の文献とよく対応します。 また目に見えますカーボン材料 (D バンド) のために共通二重共鳴バンドおよびグラファイト (バンド)-1 の内部平面の振動と関連しているバンドおよそ 1600 cm のバンドから成っている CNPs および CNTs のラマン-1 スペクトルは (1350 cm) 。 これらのバンドは CNPs に不調な壁の構造があるが、統合 [17] の相違のために CNTs と CNPs 間で異なっている - CNTs である大抵黒鉛ようです。

nanotube の使用によって得られる図 2. ラマンスペクトルは厳密に調べます。 外側に、および Si からののほかのシグナルの欠乏を示す nanotube の現在無しで (3) 接続する三角形との MWNT からの内部の三角形との CNPs からの (1)、 (2)。 (a) SERS を得るのに使用される MWNT の小さいクラスタの画像。 (b) SERS を得るのに使用される個々の nanopipe。

グリシンからの 4 つの追加ピークは 817 - 872 (NH のねじれ - CH の2 ねじれ) に2 、現われます、 1048 (C-N の伸張)、 1083 (NH の3+ おどけ者)、そして 1453 の (CH の2 くねり) cm-1。 規則的なラマンと SER スペクトルの違いは上で論議されるように勾配のフィールドおよび四重極の効果によって、説明することができます。

I. Frequencies (グリシンの-1ラマン慣習的なスペクトルそして SERS のバンドの cm) およびアサインメントを台に置いて下さい

規則的なラマン

SERS の球

SERS の nanotubes

アサインメント

816 s、 872 w

817 w、 872 s

NH の2 ねじれ + CH の2 ねじれ

901 s

950 w

C-C の伸張

1033 の w

1026 の w

1048 の w

C-N の伸張

1131 の w

1175 の s

1083 の w

NH の3+ おどけ者

1229 w、 1273 の m の

1328 の s

1311 の w

CH の2 おどけ者

1374 の w

C-NH の3+ 伸張

1407 の s

COOH の sym。 伸張

1438 の m

1437 の w

1453 の m

CH の2 くねり

1513 の w

1527 の s

NH の3+ sym。 def。

1590 の w

COOH の asym。 伸張

1612 の m

NH の3+ asym。 def。

ドウは等従ってグリシンがプラズモン生成された電界によってもっと影響されるアミノグループを通って金の nanoparticles と相互に作用していることを示しました [18 人の]。 Au のコロイドの解決のグリシンの SERS へのこれらの結果の比較はグリシンのピークの約 5-10 cm-1 のアップシフトを示します。 さらに、観察された SERS のピークは Kumar 等 [19] からの ab の initio の計算とよく対応します

機能拡張は小さく、はっきり区別可能ようで単一の管の中の少数のグリシンの分子からのシグナルです。 SERS のピークが強度で比較的低い間、 SERS 実行中の金属の近くのカーボンの存在が数百の要因によって SERS のシグナルの強度を減らすことができることが前に示されてしまいました [20]。 SERS の調査がカーボン nanotubes で行われたが、 SERS の効果の欠乏を提案する CNTs および CNPs のラマンスペクトルの比較は変更を示しませんでした。

SERS の機能拡張のより量的な推定値に機能拡張の要因を与えることは (EF)に従って計算されました [21]

SERSN/RR(RRSERS) (Eq。 1)

N およびRR N がラマンSERS 規則的な分光学によって厳密に調べられる分子の番号および SERS であるところ、それぞれ; そして IRR および I はSERS 対応する強度です。 機能拡張の要因を計算するため、 2 つの方法によって厳密に調べられるボリュームを推定することは重大です。

ラマン規則的な分光学の場合には、私達は厳密に調べられるボリュームが 15.7×10 L. のボリュームを与える 2×5 μm のシリンダー (50 μm の開口を共焦点のモードの 50× 目的によって与えられる) であると-15 仮定します。 従って、 2.7 M のグリシンの集中はラマンに 30 CP10 の強度を与えるこのボリュームの ~ 2×10 の分子に対応します。

SERS の場合には、シグナルは CNP の中の 1 つの三角形から最高で来ます。 CNPs の直径がおよそ 300 nm であるので、管を入力することができる最も大きいサイズの三角形は 300 の nm の端の長さです。 より 35 nm [22] 三角形から来る電界が間隔に高く伸びないと仮定して、分析されたボリュームはすべての方向の nanotriangle 35 nm のまわりで伸びる三角プリズムとして考慮することができます。 これに 8x10 L. のボリュームが-19 あります。 それから、 1 mM か 10M グリシンの-3 集中で、 200 の SERS の強度を作り出す ~ 480 の分子はこのボリュームで厳密に調べられます。

これらのパラメータから、私達は E.F.= を得ます (10200×2.5×10)/(30×480)4×10。8

使用される方法原因で nanotubes に入るか、または接続する粒子の精密な量を制御することは困難です。 SEM および TEM によって観察されるように、 CNPs は最高で 1 つの三角の粒子を含んでいます。 Bingel Rx CNTs は一部が三角である粒子のクラスタを含みがちです。 当然、三角形の高い濃度はシグナルの機能拡張でより効率的です。 今後の作業は nanotubes の内部か GAIMEN に付加により複雑な方法を三角の粒子もっととりわけ含みます。

結論

表面高められたラマン分光学のプローブとして使用のためのカーボン nanotubes そして nanopipes の functionalization は達成されました。 SERS は 2 つのタイプの同一の結果への nanotubes そして接続機構を使用して、達成されました。 これらに生物的アプリケーションでトレース検出のための大きい多様性そして柔軟性があります。 また、 CNPs は液体が中流れ、相互に作用するようにし、そのままの調査に使用することができます。 化学実験は SERS によって観察されて反作用の製品が管の中で、行なうことができます。 既にある nano 徹底的な技術とこれらの SERS 実行中の nanotubes を結合することは単一分子の感度のセルの調査を可能にすることができます。

方法および材料

SERS 実行中の金の nanotriangles は使用されたレモングラス方法によって総合されました [23]。 最初に、精巧に切口の洗浄され、乾燥されたレモングラスの葉の 5g は葉のエキスを作成するために 5 分のための DI water の沸騰の 20mL に置かれました。 金は室温のレモングラスのエキスの異なった量の HAuCl の4 1mM 水様の解決の混合 10mL によって総合され、夜通しかき混ぜられました。

簡単、前に詳しく調査され、 [18、 24、 25] 使用されましたより複雑な生物的サンプルへである有用な前駆物質であるのでグリシン、アミノ酸は、と同時に SERS テストサンプル。 グリシンはそれ以上の浄化なしでシグマ Co から届くように使用されました。 使用が 1 つの mM だった前に集合を促進する NaCl 10 の mM のの最終的な集中、および HCl。 この集中は使用される構成のラマン標準分光学との全然検出されるには余りにも低いので選択されました (Si のウエファーのしぶき)。

CNPs は多孔性のテンプレート (Whatman Anodisc®) として (CVD)商業アルミナの膜を使用して noncatalytic 化学気相堆積方法と、わずかな気孔の直径総合されました: 300 nm±10% の厚さ: 60 μm。 支えがない nanopipes は水酸化ナトリウムの沸騰の 1M の解決のアルミナのテンプレートの分解の後で得られました。 生じる nanopipes の直径はオリジナルの膜の気孔の直径に対応し、長さは、 sonication の後で、一般に 10 μm です。 統合の後で、 CNPs に不調な壁の構造 [26] あります

ラマンスペクトルは Renishaw を使用してバック分散の幾何学のラマン 1000/2000 のマイクロ分光計 (1200 l/mm の格子) 得られました。 刺激ソースはおよそ 2 μm の点サイズに (50x 目的) 集中したダイオードレーザー (785 nm) でした。 スペクトルは Renishaw からのワイヤー 2.0 ソフトウェアを使用して分析されました。 ラマンスペクトルは各タイプの多重 CNTs から取られ、ここに示されている結果は完全に調査されるの代表です。

ツァイス上 50VP がスキャンの電子顕微鏡検査の画像を得るのに (SEM)使用されました。

確認応答

図 1a 作動させる、および G. Korneva と球形の金の golloid の統合を CNPs の統合をために D. Breger に SEM を、 D. Mattia および準備および MWNT の Bingel Rx を行うために参考 [16] に従って TEM の操作ありがとう。 著者はまた Arkema供給の multiwall の nanotubes のためのフランスを認めます。 TEM の調査は Penn の地方のナノテクノロジー機能で行われました。 A. Sabur は NDSEG 団体および学部長の Fellowship によってサポートされました。 ラマン分光学およびスキャンの電子顕微鏡検査は中心にされた材料性格描写機能、 Drexel 大学で行われました。

参照

1. Rossi MP、 Ye H、 Gogotsi Y、 Babu S、 Ndungu N、およびブラッドリー J-C のカーボン Nanopipes の水の環境のスキャンの電子顕微鏡検査の調査。 Nano 文字、 2004 年。 4: p. 989。

2. Shah HJ、 Fontecchio AK、 Rossi MP、 Mattia D、および Gogotsi Y のカーボン nanopipes で制限される液晶のイメージ投射。 応用物理の文字、 2006 年。 89: p. 043123-1 - 0431231-3。

3. 金 BM、チエン S、および Bau HH の粒子が付いている満ちるカーボン Nanotubes。 Nano 文字 2005 年。 5(5): p. 873-878。

4. Korneva G、 Ye H、 Gogotsi Y、 Halverson D、フリードマン G、ブラッドリー J-C、および Kornev KG の磁気探傷とロードされるカーボン Nanotubes。 Nano 文字 2005 年。 5(5): p. 879-884。

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6. Kneipp K、 Kneipp H、 Itzkan I、 Dasari RR、および Feld MS、ラマン表面高められた分散および生物物理学。 物理学のジャーナル: 凝縮させた問題、 2002 年。 14: p. R597-R624。

7. ラマン表面高められた分散の化学機能拡張のメカニズムの Campion A、 Ivanecky I、 J.E.、子供 CM、および養育関係 M。 Americal 化学 Society、 1995 年。 117 のジャーナル: p. 11807-8。

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接触の細部

Alia Sabur

物質科学および技術部
Drexel 大学、 3141 のクリの通り
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電話: +1 215 200 7494。

電子メール: as428@drexel.edu

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

Last Update: 15. July 2013 16:10

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