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DOI : 10.2240/azojono0117

표면에 의하여 강화된 라만 분광학 탄소 Nanotube는 셀 방식 탐사기를 기지를 두었습니다

Alia Sabur

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이것은 허용 제한 없는 사용이 본래 일을 제대로 인용되고 그러나 비영리적인 배급 및 재생산으로 제한되는 제공한 AZo 노 http://www.azonano.com/oars.asp의 조건으로 분산된 아조기를 함유한 개가식 사례금 시스템 (AZo 노) 약품입니다.

제출하는: 2007년 7월 22일

배치하는: 2007년 10월 3일

커버되는 토픽

요약

배경

결과와 면담

결론

방법과 물자

수신 확인

참고

접촉 세부사항

요약

탄소 nanotubes와 nanopipes는 nanofluidic 장치로 세포 여기 저기로 해결책을 수송하는 사용을 위한 셀 방식 탐사기로 중대한 가능성으로, 가지고있기 위하여 보였습니다. 이 nanopipes를 세포 안에 느낄 수 있습니다 하는 것은 추가 정보 양의 거대하것이 장악되는 것을 허용합니다. 라만 표면 강화한 분광학은 (SERS) 기술이어 극단적으로 높은 공간적 해상도를 가진 생물학 견본의 자취 탐지 그리고 특성에 사용된 매우 라만 증가한 신호를 허용하. 이 일에서는, 탄소 둘 다 nanotubes와 nanopipes는 SERS 액티브한 nanoparticles에 다재다능한 nanoprobes의 발달을 허용하기 위하여 functionalized. 글리신은 SERS 활동 및 대응 증진 요인 (10)를 추정하기 위하여 이용되었습니다8.

배경

탄소 nanotubes는 (CNTs) 셀 방식 탐사기로 사용을 위한 중대한 잠재력을 보여주었습니다. "nanopipes로" 액체를 세포 여기 저기로 수송하고 세포 내의 개별적인 세포 그리고 개별적인 세포기관으로 해결책 또는 약을 직접 주사하기 위하여 이용될 수 있습니다. 추가적으로, 탄소 nanotubes의 작은 직경 때문에 침투에 세포에 조금 손상을 유도하십시오. 탄소 nanopipes는 (CNPs) 근해 [1], 액정 [2], 형광성으로 [3], 및 세포 에서부터/로 액체의 다른 모형의 수송을 위해 이용될 수 있다는 것을 보여주는 자석 nanoparticles [4] 채워졌습니다. 이 탐사기를 세포 안에 느낄 수 있습니다 해서, 세포 내의 화학 상호 작용에 관하여 정보는 찾아낼 수 있었습니다. 라만 표면 강화한 분광학에는 (SERS) 이 기능이 있습니다. 탄소 nanotubes를 SERS 액티브한 nanoparticles를 가진 functionalization에 의하여 SERS 액티브한 만들어서, 극단적으로 과민한 연구 결과의 가능성 및 세포의 분대의 식별을 만듭니다. 추가적으로, nanotubes는 유동성 공기통과 세포 사이 상호 연락으로 봉사해서 좋은 nanofluidic 장치에 투발하기도 하고 추출합니다 액체를에 적용될 수 있습니다. 세포에 대한 액체의 효력은 제자리의 공부될 수 있었습니다.

SERS 기술은 10 까지의 요인에 의해 라만 신호를 강화하기 위하여 이용될 수 있습니다14 [5]. 그것에는 2개 주요 목적이 있습니다; 첫번째, 많은 복잡한 견본의 상세한 화학 내용을 검토하 것을 어려운 하는 복잡한 물자 (단층)의 표면에게서 정보를 입수하는 라만 상대적으로 약한 신호, 및 두번째 강화하기 위하여. SERS에서는, 옆 해결책은 회절 한계에 의해 아닙니다, 그러나 국부장 [6]의 공간 금고에 의해 결정됩니다. 이 자취 분석적인 기능은 생물학 연구 결과를 위해 가장 흥미롭, 분자 식별을 nanoscale에 허용하. 이것은 생물학으로 관련된 분자가 수시로 극단적으로 적은 양에 있는 특성을 위해 유효하기 때문에 특히 중요합니다. SERS 증진을 위한 2개 주요 기계장치가, 전자기와 화학 있습니다 [7-10]. 전자기 증진은 화학 증진은 분석되는 금속과 견본 사이 책임 이동 복합물을 염려하는 그러나, nanoscale 금속 구조물에 지상 플라스몬의 흥분을 염려합니다.

SERS에 필요한 증진을 만들기의 일반적인 방법은 또는 모방된 금속 격판덮개, 또는 둥근 nanoparticles 거칠게합니다. 그러나, 이들은 "요구된 중요한 증진 요인을 만들기 위하여 핫스팟"를 이용합니다. 예비적인 결과는 탄소 nanotubes의 벽에서 내재되어 있던 둥근 nanoparticles가 약하고 그러나 현저한 신호 [11] 일으킨다는 것을 보여주었습니다.

면을 낸 nanoparticles가 4중극 때문에 콜로이드 nanoparticles [12] 보다는 매우 더 높은 SERS 강렬을 준다는 것을 [13] 기온변화도 마당 효과 [14] 보이고 그래서 이 연구 결과에서 사용됩니다. 이들은 선택 규칙을 이완할 수 있고, 관찰된 SERS 스펙트럼에서 몇몇을의 변경 설명하는 일반적으로 라만 금지한 선의 외관을 일으키는 원인이 됩니다.

면을 낸 nanoparticles는 이 핫스팟을 개별적으로 만들 수 있어, 집단 [15]의 정확한 통제를 위한 필요를 제거하.

결과와 면담

nanoprobes의 2개의 종류는 만들고 시험되었습니다. 첫째로, 안쪽으로 붙어 있던 nanotriangles를 가진 CNPs는, 그것 관 안쪽에 상호 작용의 연구 결과를 허용합니다. 에타놀에 있는 CNPs와 nanotriangles의 해결책의 현탁액은 준비되, CNPs 안쪽에 퍼지는 것을 삼각형이 허용하. 사용의 앞에, 이 현탁액의 작은 물방울은 실리콘 박편에 두고 완전히 말리는 것이 허용되었습니다. 아무 삼각형도 전송 전자 현미경 검사법을 가진 CNPs의 표면에 관찰되지 않았더라도 (TEM), CNPs는 DI water와 온화하게 표면에 어떤 삼각형든지 제거하기 위하여 세척되었습니다. Nanotubes는 스캐닝 전자 현미경 검사법을 가진 backscattered 전자 화상 진찰을 사용하여 (SEM) 관의 외부에 나타나지 않은 금 입자를 위해 검사하기 위하여 관찰되었습니다. 근해의 증발 후에, 글리신 해결책은 CNPs에 예금되었습니다. CNPs가 직경에서 크기 때문에, 개별적인 관은 명확하게 눈에 보였습니다.

둘째로, 화학적으로 Bingel 반응 [16]에 의해 외부에 붙어 있는 삼각형을 가진 좁은 다중 벽 nanotubes. Bingel 반응은 a [2+1] cycloaddition 반응의 보기입니다. 프로세스에 있는 주요 단계는: 첫째로, nanotubes는 표면에 고정되고 형성하기 위하여 디에틸 에테르를 가진 광대한 씻기에 의해 ethanolfollowed 2의 과잉에 있는 머리말을 붙인 마음의 동요에 의해 (methylthio) transesterified [(COOCHCHSMe22)2 C<SWNT]. 다음, 금 황 의무적인 상호 작용을 이용해서 시클로 프로판 단은 금 nanoparticles를 사용하여 "표를 붙였습니다". Bingel 반응 없이 섞인 견본은 nanotubes에 삼각형의 아무 부착도 보여주지 않았습니다.

유사하게, 붙어 있던 삼각형을 가진 CNTs는 실리콘 박편에 예금되고 DI water와 온화하게 세척되었습니다. 증발 후에, 글리신은 CNTs에 예금되었습니다. 라만 스펙트럼은 사용된 쓸모 있는 준비에 적게 눈에 보인 포함하는 nanotubes의 작은 다발에게서 취했습니다.

라만 측정 도중 nanotubes의 주위에 남아 있는 어떤 불필요한 글리신도 결과에 영향을 미치지 않습니다. 글리신의 사격량은 너무 낮습니다 때 CNPs 안쪽에서만 인 nanotriangles와 접촉하여서만 그것을 현저한 만드는 라만 전통적인 분광학에 의해 관찰되기 에는. 글리신의 모든 스펙트럼은 젖었던, 건식 공정 도중 관의 표면에 정자의 대형을 방지하기 위하여 취했습니다.

nanotube 탐사기의 숫자 1. 현미경 검사법. (a) nanopipe 안쪽에 삼각형 그리고 둥근 입자의 TEM 그림. (b) Bingel 반응에 의해 MWNT에 붙어 있는 삼각형 및 6각형 입자의 SEM 심상. (c) nanopipe 안쪽에 삼각형의 SEM 심상은 고전압 (25 kV)에 의하여 만들었습니다. (d) 4개 kV의 가속 전압을 가진 동일 nanopipe의 SEM 심상에서와 (c), 아무것도 삼각형이 관의 안에 있다는 것을 의미하는 (c) 가까이에 보여주기.

SERS를 장악하기 위하여 이용된 nanotube의 안에 삼각형을 보여주는 nanotube는 SEM에 주어지고 관찰되었습니다. 4개 kV의 가속 전압으로, 아무 입자도 관찰되, 그러나 25 kV에 올릴 때 관의 벽은 투명하게 되어, 숫자 1.에서 보인 삼각형의 관측을 허용하.

이러한 두 종류 방법에서 라만 대응 스펙트럼은 숫자 2.에서 보입니다. 눈에 보이는 글리신 첨단은 양쪽의 경우에 동일하, 글리신의 SERS에 이전 문서와 잘 대응합니다. 또한 눈에 보입니다 탄소 재료 (D 악대)를 위해 일반 이중 공명 악대 및 흑연 (악대-1)의 에서 비행기 진동과 관련있는 악대 약 1600 cm인 악대로 주변에 이루어져 있는 CNPs 및 CNTs의 라만-1 스펙트럼은 (1350 cm) . 이 악대는 CNPs에는 난잡한 벽 구조물이 있는 그러나, 그들의 종합 [17]에 있는 다름 때문에 CNTs와 CNPs 사이 다른 - CNTs 인 주로 석묵 것처럼 보입니다.

nanotube를 사용해서 장악된 숫자 2. 라만 스펙트럼은 시험합니다. 외부에, 그리고 Si에서외에 어떤 신호의 부족을 보여주는 nanotube 현재 없이 (3) 붙어 있는 삼각형을 가진 MWNT에서 안에 삼각형을 가진 CNPs에서 (1), (2). (a) SERS를 장악하기 위하여 이용되는 MWNT의 작은 다발의 심상. (b) SERS를 장악하기 위하여 이용되는 개별적인 nanopipe.

글리신에서 4개의 추가 첨단은 817 - 872 (NH 강선전도 - CH2 강선전도)에2 , 나타납니다, 1048년 (C-N 뻗기), 1083년 (NH3+ 익살꾸러기), 그리고 1453년 (CH2 굴곡) cm-1. 정규 라만과 SER 스펙트럼의 차이는 상기 토론되는 것과 같이 기온변화도 필드와 4중극 효력에 의해 설명될 수 있습니다.

I. Frequencies (글리신의-1 라만 전통적인 스펙트럼 그리고 SERS에 있는 악대의 cm)와 지정을 탁상에 놓으십시오.

정규 라만

SERS 의 구체

SERS 의 nanotubes

지정

816 s, 872 w

817 w, 872 s

NH2 강선전도 + CH2 강선전도

901 s

950 w

C-C 뻗기

1033년 w

1026년 w

1048년 w

C-N 뻗기

1131년 w

1175년 s

1083년 w

NH3+ 익살꾸러기

1229년 w, 1273 m

1328년 s

1311년 w

CH2 익살꾸러기

1374년 w

C-NH3+ 뻗기

1407년 s

COOH sym. 뻗기

1438 m

1437년 w

1453 m

CH2 굴곡

1513년 w

1527년 s

NH3+ sym. def.

1590년 w

COOH asym. 뻗기

1612 m

NH3+ asym. def.

Dou는 그 외 여러분 글리신이 플라스몬 생성한 전기장에 의해 그러므로 좀더 영향을 받는 아미노기를 통해서 금 nanoparticles와 상호 작용한다는 것을 설명했습니다 [18의]. Au 콜로이드 해결책에 있는 글리신의 SERS에 이 결과의 비교는 글리신 첨단의 대략 5-10 cm-1 의 고속 기어로 바꿈을 보여줍니다. 추가적으로, 관찰한 SERS 첨단은 Kumar 그 외 여러분 [19]에게서 계산과 순이론적으로 잘 대응합니다.

증진은 작고, 그러나 명확하게 구별 가능한 것처럼 보여, 단 하나 관 안쪽에 몇몇 글리신 분자에서 신호이. SERS 첨단이 강렬에서 상대적으로 낮은 동안, SERS 액티브한 금속의 가까이에 탄소의 존재가 수백의 요인에 의하여 SERS 신호의 강렬을 줄일 수 있다는 것을 이전에 보였습니다 [20]. SERS 연구 결과가 탄소 nanotubes에 행해지더라도, SERS 효력의 부족을 건의하는 CNTs 및 CNPs의 라만 스펙트럼의 비교는 아무 변경도 보여주지 않았습니다.

SERS 증진의 더 양이 많은 예측에게 증진 요인을 주는 것은 (EF)에 따라 산출되었습니다 [21].

SERSN/RR(안으로RRSERS) (Eq. 1)

N와RR N가 라만SERS 정규 분광학에 의해 시험된 분자의 수 및 SERS인 곳에, 각각; 그리고 IRR 와 I는SERS 대응 강렬입니다. 증진 요인을 산출하기 위하여, 2개의 방법으로 시험된 양을 추정하는 것이 중요하.

라만 정규 분광학의 경우에, 우리는 시험된 양이 15.7×10 L.의 양을 주는 (50 μm의 가늠구멍으로 confocal 최빈값에 있는 50× 목적에 의해 제공되는) 2×5 μm의 실린더 이다고-15 추정합니다. 그러므로, 2.7 M의 글리신 농도는 라만에게 30 CP10 의 강렬을 주는 이 양에 있는 ~ 2×10 분자에 대응합니다.

SERS의 경우에, 신호는 CNP 안쪽에 1개의 삼각형에서 최대로 옵니다. CNPs의 직경이 대략 300 nm이기 때문에, 관을 입력할 수 있는 가장 큰 규모 삼각형은 300 nm 가장자리 길이입니다. 35 보다 nm [22] 삼각형에서 오는 전기장이 거리까지 높이 미치지 않다고 추정해서, 분석한 양은 nanotriangle 35 nm의 주위에 사방팔방으로 연장하는 삼각형 프리즘으로 고려될 수 있습니다. 이것에는 8x10 L.의 양이-19 있습니다. 다음, 1 mM 또는 10M 글리신-3 농도에, 200의 SERS 강렬을 일으키는 ~ 480 분자는 이 양에서 시험됩니다.

이 매개변수에서, 우리는 E.F.=를 장악합니다 (10200×2.5×10)/(30×480)4×10.8

사용된 방법, 때문에 nanotubes에 입력하거나 붙이는 입자 정확한 양을 통제하는 것은 어렵습니다. SEM와 TEM에 의해 관찰되는 것과 같이, CNPs는 많아야 1개의 삼각형 입자를 포함합니다. Bingel Rx CNTs는 몇몇이 삼각형 인 입자의 다발을 포함해 경향이 있습니다. 자연적으로, 삼각형의 높은 농도는 신호 증진에서 능률적일 것입니다. 장래 일은 nanotubes의 안 외부 표면에 부착물에 더 복잡한 방법을 삼각형 입자 특정으로 관련시킬 것입니다.

결론

표면 강화된 라만 분광학 탐사기로 사용을 위한 탄소 nanotubes 그리고 nanopipes의 functionalization는 달성되었습니다. SERS는 동일한 결과에 nanotubes 그리고 부착의 2가지의 모형을 사용하여, 달성되었습니다. 이들에는 생물학 응용에 있는 자취 탐지를 위한 중대한 다양성 그리고 융통성이 있습니다. 더구나, CNPs는 액체가 안쪽으로 흐르고 상호 작용하는 것을 허용하고 제자리 연구 결과를 위해 사용될 수 있습니다. 화학 반응 제품이 관 안쪽에 SERS에 의해 관찰된 상태에서, 실험될 수 있습니다. 이미 존재 nano 철저한 기술과 이 SERS 액티브한 nanotubes를 결합하는 것은 단 하나 분자 감도를 가진 세포의 연구 결과를 가능하게 할 수 있었습니다.

방법과 물자

SERS 액티브한 금 nanotriangles는 안으로 사용된 레몬그래스 방법으로 종합되었습니다 [23]. 첫째로, 정밀하게 커트 세척되고 말려진 레몬그래스 잎의 5g는 잎 추출을 만들기 위하여 5 분을 위한 DI water 비등의 20mL에서 있었습니다. 금은 실내 온도에 레몬그래스 추출 양 여러가지 HAuCl4 1mM 수성 해결책의 섞는 10mL에 의해 종합되고, 밤새껏 약동되었습니다.

간단하기, 이전에 상세히 공부되고기 [18, 24, 25] 이용될 것입니다 더 복잡한 생물학 견본에이기 유용한 선구자 때문에 글리신, 아미노산은, 때 SERS 시험 견본. 글리신은 추가 정화 없이 시그마 지휘관에서 수신되는 것과 같이 이용되었습니다. 사용이 1개 mM이기 전에 집단을 촉진하는 NaCl 10 mM와 더불어 마지막 사격량, 와 HCl. 이 사격량은 너무 낮기 사용되기 윤곽에 있는 라만 표준 분광학에 전혀 검출되기 에는 때문에 선택되었습니다 (Si 웨이퍼에 작은 물방울).

CNPs는 다공성 템플렛 (Whatman Anodisc®)로 (CVD) 상업적인 반토 막을 사용하여 noncatalytic 화학 수증기 공술서 방법으로, 명목상 숨구멍 직경 종합되었습니다: 300 nm±10% 의 간격: 60 μm. 독립 구조로 서있는 nanopipes는 가성소다의 비등 1M 해결책에 있는 반토 템플렛의 해체 후에 장악되었습니다. 유래 nanopipes의 직경은 본래 막에 있는 숨구멍의 직경에 대응하고, 길이는, 고주파음 분해 처리 후에, 일반적으로 10 μm입니다. 종합 후에, CNPs에는 난잡한 벽 구조물 [26] 있습니다.

라만 스펙트럼은 Renishaw를 사용하여 후방 산란 기하학에서 라만 1000/2000의 마이크로 분광계 (1200 l/mm 격자판) 취득되었습니다. 흥분 근원은 대략 2 μm의 점 크기에 (50x 목적) 집중된 다이오드 레이저 (785 nm) 이었습니다. 스펙트럼은 Renishaw에서 철사 2.0 소프트웨어를 사용하여 분석되었습니다. 라만 스펙트럼은 각 모형의 다중 CNTs에게서 취하고 여기에서 보인 결과는 전부 공부하는의 담당자입니다.

Zeiss 위 50VP는 스캐닝 전자 현미경 검사법 심상을 장악하기 위하여 (SEM) 사용되었습니다.

수신 확인

FIG. 1a 작전, 그리고 G. Korneva 그리고 둥근 금 golloid의 종합을 CNPs의 종합을을 D. Breger에게 SEM, D. Mattia 및 준비 및 MWNT에 Bingel Rx 능력을 발휘를 참고 [16]에 따라 TEM의 작동 감사하십시오. 저자는 또한 Arkema, 공급 multiwall nanotubes를 위한 프랑스를 인정합니다. TEM 연구 결과는 Penn 지역 나노 과학 시설에 능력을 발휘했습니다. A. Sabur는 NDSEG 친교 및 학장의 Fellowship에 의해 지원되었습니다. 라만 분광학과 스캐닝 전자 현미경 검사법은 집중한 물자 특성 시설, Drexel 대학에 능력을 발휘했습니다.

참고

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접촉 세부사항

Alia Sabur

재료 과학과 기술부
Drexel 대학, 3141의 밤 거리
필라델피아, PA 19104
미국

전화: +1 215 200 7494.

전자 우편: as428@drexel.edu

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

Last Update: 15. July 2013 16:13

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