Related Offers
OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0117

Углерод Увеличенный Поверхностью Raman Спектроскопии Nanotube Основал Клетчатые Зонды

Alia Sabur

Pty Ltd. AZoM.com Авторского Права

Это статья Системы Вознаграждениями Открытого Доступа AZo (AZo-ВЕСЕЛ) распределенная в соответствии с AZo-ВЕСЕЛ http://www.azonano.com/oars.asp которым польза разрешений неограниченная предусмотрела первоначально работу правильно процитирована но ограничена к общественный распределению и воспроизводству.

Представлено: 22-ое июля 2007

Вывешено: 3-ье октября 2007

Покрытые Темы

Конспект

Предпосылка

Результаты и Обсуждение

Заключение

Методы и Материалы

Подтверждения

Справки

Детали Контакта

Конспект

Были показаны, что имеют nanotubes и nanopipes Углерода большой потенциал как клетчатые зонды, для пользы как nanofluidic приборы транспортировать разрешения к или от клеток. Делать эти nanopipes способной воспринять внутри клетки позволяет огромному объема дополнительная информация быть полученным. Поверхност-Увеличенная спектроскопия Raman (SERS) метод позволяющ значительно увеличенным сигналам Raman используемым для обнаружения следа и характеризации биологических образцов с весьма высоким пространственным разрешением. В этой работе, и nanotubes и nanopipes углерода были functionalized с SERS-активными nanoparticles для того чтобы позволить развитию разносторонних nanoprobes. Глицин был использован для того чтобы оценить деятельность при SERS и соответствуя фактор повышения (10)8.

Предпосылка

Nanotubes Углерода (CNTs) показали большой потенциал для пользы как клетчатые зонды. Как «nanopipes» их можно использовать для того чтобы транспортировать жидкости к или от клеток и впрыснуть разрешения или снадобья сразу в индивидуальные клетки и индивидуальные органелл внутри клетки. В добавлении, из-за малых диаметров nanotubes углерода наведите меньшее повреждение к клеткам на проникании. Nanopipes Углерода (CNPs) были заполнены с водой [1], жидкостными кристаллами [2], дневными [3], и магнитные nanoparticles [4] показывая что их можно использовать для перехода разных видов жидкостей к и от клеток. Путем делать эти зонды способным воспринять внутри клетки, информация о химических взаимодействиях внутри клетки смогла быть найдена. Поверхност-Увеличенная Спектроскопия Raman (SERS) имеет эту возможность. Делающ nanotubes углерода SERS-активной functionalization с SERS-активными nanoparticles, создает возможность весьма чувствительного изучения и идентификацию компонентов клеток. В добавлении, nanotubes могут быть прикладной к nanofluidic прибору где они могут служить как соединение между жидким резервуаром и клеткой, к и поставляют и извлекают жидкости. Влияния жидкостей на клетках смогли быть изучены в situ.

Метод SERS может быть использован для того чтобы увеличить сигнал Raman факторами до 1014 [5]. Он имеет 2 главных цели; во-первых, увеличить относительно слабый сигнал Raman который делает его трудным рассмотреть детальное химическое содержание много сложных образцов, и второе, получить информацию от поверхности сложных материалов (монослоев). В SERS, боковое разрешение определено не пределом огибания, но пространственный удерживанием локальных полей [6]. Эта возможность следа аналитически самое интересное для биологических изучений, позволяющ молекулярному идентификации на nanoscale. Это специально важно потому что биологически уместные молекулы часто доступны для характеризации в весьма небольших количествах. 2 главным образом механизма для повышения SERS, электромагнитно и химическо [7-10]. Электромагнитное повышение относится возбуждение поверхностных плазмонов на структурах металла nanoscale, пока химическое повышение относится комплекс обязанност-перехода между металлом и образцом, котор нужно проанализировать.

Сделаны шероховатым Обычные образы создавать повышение необходимое для SERS или сделанные по образцу плиты металла, или сферически nanoparticles. Однако, эти используют «очага военной напряженности» для того чтобы создать значительно пожеланные факторы повышения. Предварительные результаты показывали что сферически nanoparticles врезанные в стенах nanotubes углерода производят сигнал слабой но observable [11].

Было показано что граненные nanoparticles дают гораздо высокее интенсивность SERS чем коллоидные nanoparticles [12] должные к квадруполю [13] и влияния поля градиента [14] и поэтому использовано в этом изучении. Эти могут ослабить правила выбора, и причиняют возникновение нормально запрещаемых линий Raman, объясняя некоторые из наблюдаемых изменений в спектрах SERS.

Граненные nanoparticles могут создать эти очага военной напряженности индивидуально, извлекающ потребность для точного управления комплексирования [15].

Результаты и Обсуждение

Были созданы и были испытаны 2 вида nanoprobes. Во-первых, CNPs при nanotriangles прикрепленные внутрь, то позволяет изучению взаимодействий внутри пробок. Был подготовлен подвес CNPs в этаноле и разрешения nanotriangles, позволяющ треугольникам распространить внутри CNPs. Перед использованием, капелька этого подвеса была помещена на вафлю кремния и была позволена высушить тщательно. Хотя никакие треугольники не наблюдались на поверхности CNPs с электронной просвечивающей микроскопией (TEM), CNPs нежно было помыто с DI водой для того чтобы извлечь все треугольники на поверхности. Наблюдалось, что используя backscattered воображение электрона с электронной микроскопией скеннирования просмотрело (SEM) Nanotubes для частиц золота, которые не появились на снаружи пробок. После испарения воды, разрешение глицина было депозировано на CNPs. Потому Что CNPs большое в диаметре, индивидуальные пробки были ясно видимы.

Во-вторых, узкие nanotubes multi-стены при треугольники химически прикрепленные к снаружи реакцией Bingel [16]. Реакция Bingel пример реакции cycloaddition a [2+1]. Главным образом шаги в процесс являются следующими: Во-первых, nanotubes были лишены подвижности на поверхности и были transesterified увеличиваемой активностью в избытке 2 (methylthio) ethanolfollowed обширным запитком с диэтиловым эфиром для того чтобы сформировать [(COOCHCHSMe22)2 C<SWNT]. После Этого, путем эксплуатировать взаимодействие серы золота binding группа cyclopropane «была маркирована» используя nanoparticles золота. Образцы смешанные без реакции Bingel не показали никакое приложение треугольников к nanotubes.

Подобно, CNTs при прикрепленные треугольники было депозировано на вафле кремния и было помыто нежно с DI водой. После испарения, глицин был депозирован на CNTs. Спектры Raman были приняты от малых групп nanotubes, содержа только видимое при целесообразное используемое настроение.

Любой излишний глицин оставая вокруг nanotubes во время измерений Raman не влияет на результаты. Концентрация глицина слишком низка для того чтобы наблюдаться обычной спектроскопией Raman, делая им только observable когда в контакте с nanotriangles которые только внутри CNT или CNPs. Все спектры глицина были приняты пока влажно, для того чтобы предотвратить образование кристаллитов на поверхности пробки во время суша процесса.

Диаграмма 1. Микроскопия зондов nanotube. (a) Изображение TEM треугольника и сферически частицы внутри nanopipe. (b) Изображение SEM треугольника и шестиугольной частицы прикрепленных к MWNT реакцией Bingel. (c) Изображение SEM треугольника внутри nanopipe сделало прозрачным высоким напряжением (25 kV). (d) Изображение SEM такого же nanopipe как внутри (c) с ускоряя ход напряжением тока 4 kV, не показывающ ничего в области (c), что треугольник расположен на внутренности пробки.

Nanotube используемое для того чтобы получить SERS было принесено к SEM и наблюдано, показывая треугольник на внутренности nanotube. С ускоряя ход напряжением тока 4 kV, не наблюдались никакие частицы, но поднимано до 25 kV стены пробки стали прозрачными, позволяющ замечанию треугольника, показанному в Диаграмме 1.

Соответствуя спектры Raman от этих 2 методов показаны в Диаграмме 2. Пики глицина видимые идентичны в оба случая, и соответствуют хорошо с предыдущей словесностью на SERS глицина. Также видимы спектры Raman CNPs и CNTs, состоя из диапазона вокруг (1350 cm-1), который диапазон двойного резонанса общий для материалов углерода (диапазона D) и диапазон вокруг 1600 cm-1 отнесенное к вибрациям в-плоскости графита ( диапазона). Эти диапазоны кажутся различными между CNTs и CNPs из-за разницы в их синтезе [17] - CNTs главным образом графитообразн, пока CNPs имеет disordered структуру стены.

Диаграмма 2. спектры Raman полученные путем использование nanotube зондирует. (1) от CNPs с треугольниками на внутренности, (2) от MWNT при треугольники прикрепленные к снаружи, и (3) без настоящего момента nanotube, показывая отсутсвие любого сигнала кроме от Si. (a) Изображение малой группы MWNT используемого для того чтобы получить SERS. (b) Индивидуальное nanopipe используемое для того чтобы получить SERS.

4 дополнительных пика от глицина появляются, на 817 до 872 (закрутка2 NH - закрутку2 CH), 1048 (простирание C-N), 1083 (wag3+ NH), и 1453 (загиб2 CH) см-1. Разницы между регулярн Raman и спектрами SER могут быть объяснены влияниями поля и квадруполя градиента, как обсужено выше.

Поставьте I. на обсуждение Частоту (cm-1) и назначения диапазонов в обычных спектрах Raman и SERS глицина.

Регулярн Raman

SERS, сферы

SERS, nanotubes

Назначение

816 s, 872 w

817 w, 872 s

Закрутка2 NH + закрутка2 CH

901 s

950 w

Простирание C-C

w 1033

w 1026

w 1048

Простирание C-N

w 1131

s 1175

w 1083

Wag3+ NH

1229 w, 1273 m

s 1328

w 1311

Wag2 CH

w 1374

Простирание3+ C-NH

s 1407

Sym COOH. простирание

1438 m

w 1437

1453 m

Загиб2 CH

w 1513

s 1527

Sym3+ NH. def.

w 1590

Asym COOH. простирание

1612 m

Asym3+ NH. def.

Dou et al. продемонстрировали что глицин взаимодействует с nanoparticles золота через амино группы [18] которых поэтому больше влияют на плазмон-произведенным электрическим полем. Сравнение этих результатов к SERS глицина в разрешении коллоида Au показывает upshift около 5-10 cm-1 из пиков глицина. В добавлении, наблюдаемые пики SERS соответствуют хорошо с ab initio вычислениями от Kumar et al [19].

Кажется, что будет повышение мало, но ясно distinguishable, был сигналом от немногих молекул глицина внутри одиночной пробки. Пока пики SERS относительно низки в интенсивности, ранее было показано что присутсвие углерода около SERS-активного металла может уменьшить интенсивность сигнала SERS факторами несколько 100 [20]. Хотя изучения SERS были сделаны на nanotubes углерода, сравнение спектров Raman CNTs и CNPs не показало никакие изменения предлагая отсутсвие влияний SERS.

Дать более количественному предварительному подчету повышения SERS фактор повышения (EF) было высчитан согласно [21].

SERSN/RR(ВНУТРИRRSERS) (Eq. 1)

Где NRR и NSERS число молекул, котор зондирует регулярн спектроскопия Raman и SERS, соответственно; и IRR и ISERS соответствуя интенсивности. Для того чтобы высчитать фактор повышения, критическое оценить тома, котор зондируют 2 метода.

В случае регулярн спектроскопии Raman, мы высказать предположение о том, что зондируют том, котор цилиндр μm 2×5 (обеспеченного задачей 50× в confocal режиме с апертурой μm 50), давая том L.-15 15.7×10. Поэтому, концентрация глицина 2,7 M соответствует к молекулам ~10 2×10 в этом томе, давая Raman интенсивность 30 cps.

В случае SERS, сигнал приходит от на треугольника максимума одного внутри CNP. Потому Что диаметр CNPs приблизительно 300 nm, самый большой треугольник размера который может войти пробки 300 длин края nm. Если допустить, что электрическое поле приходя от треугольников не удлиняет к расстоянию более высоко чем 35 nm [22], проанализированный том можно рассматривать как триангулярная призма удлиняя вокруг nanotriangle 35 nm в всех направлениях. Это имеет том L.-19 8x10. После Этого, на 1 глицина 10 M-3 концентрации mM или, молекулы ~ 480 зондируются в этом томе, которые производят интенсивность SERS 200.

От этих параметров, мы получаем E.F.= (10(30×480)200×2.5×10)/4×10.8

Должно к используемым методам, трудно контролировать точное количество частиц которые вводят или прикрепляются к nanotubes. Как наблюдало SEM и TEM, CNPs содержит по большей мере одну триангулярную частицу. Bingel Rx CNTs клонит содержать группы частиц чего некоторые триангулярны. Естественно, более высокая концентрация треугольников была бы эффективне в повышении сигнала. Будущая работа включила бы более сложные методы к более специфически attach триангулярные частицы к внутренней или наружной поверхности nanotubes.

Заключение

Было достигано functionalization nanotubes и nanopipes углерода для пользы как поверхност-увеличенные зонды спектроскопии Raman. SERS было достигано используя 2 типа nanotubes и приложения, к идентичным результатам. Эти имеют большие многосторонность и гибкость для обнаружения следа в биологических применениях. Также, CNPs позволяет жидкостям пропустить и взаимодействовать внутрь и может быть использовано для в изучений situ. Химические эксперименты можно дирижировать внутри пробки, при продукты реакции наблюдаемые SERS. Совмещать эти SERS-активные nanotubes с уже существующими nano-зондируя методами смогл включить изучение клеток с чувствительностью одиночн-молекулы.

Методы и Материалы

SERS-активные nanotriangles золота были синтезированы методом лимонного сорга используемым внутри [23]. Во-первых, 5g точно листьев отрезка помытых и высушенных лимонного сорга были положены в 20mL кипеть DI воду на минута 5 для того чтобы создать выдержку листьев. Золото было синтезировано путем смешивая 10mL 1mM водяного разрешения4 HAuCl с различным количеством выдержки лимонного сорга на комнатной температуре, и было пошевелено всю ночь.

Был использован Глицин, аминокислота, по мере того как образец испытания SERS по мере того как он прост, был изучен ранее подробно [18, 24, 25] и полезный прекурсор к более осложненным биологическим образцам. Глицин был использован как получено от Сигмы Co без более дальнеишего очищения. Окончательная концентрация перед использованием была 1 mM, с 10 mM NaCl и HCl для того чтобы облегчить комплексирование. Эта концентрация была выбрана потому что она слишком низка быть обнаруженным на всех с стандартной спектроскопией Raman в используемой конфигурации (капелька на вафле Si).

CNPs было синтезировано с noncatalytic методом низложения химического (CVD) пара используя коммерчески мембрану глинозема как пористый шаблон (Whatman Anodisc®), номинальный диаметр поры: 300 nm±10%, толщина: μm 60. Freestanding nanopipes были получены после растворения шаблона глинозема в кипя разрешении 1M окисоводопода натрия. Диаметр приводя к nanopipes соответствует к диаметру пор в первоначально мембране, и длина, после sonication, вообще μm 10. После синтеза, CNPs имеет disordered структуру стены [26].

Спектры Raman были приобретены используя Renishaw 1000/2000 микро--спектрометров Raman (решетка 1200 l/mm) в геометрии отраженного рассеяния. Источник возбуждения был лазером диода (785 nm), сфокусированным (задача 50x) к размеру места μm приблизительно 2. Спектры были проанализированы используя ПО Провода 2,0 от Renishaw. Спектры Raman были приняты от множественного CNTs каждого типа и результаты показанные здесь представитель совсем изучено.

Zeiss Supra 50VP был использован для того чтобы получить изображения электронной микроскопии (SEM) скеннирования.

Подтверждения

Вы к D. Breger для работать SEM, D. Mattia для синтеза и подготовки CNPs и деятельности TEM для FIG. 1a, и G. Korneva для выполнять Bingel Rx на MWNT согласно REF. [16], и для синтеза сферически golloid золота. Автор также подтверждает Arkema, Франция для поставляя nanotubes multiwall. Изучения TEM были выполнены на Средстве Нанотехнологии Penn Регионарном. A. Sabur было поддержано Стипендией NDSEG и Стипендией Декана. Спектроскопия Raman и Электронная Микроскопия Скеннирования были выполнены на Централизованном Средстве Характеризации Материалов, Университете Drexel.

Справки

1. MP Rossi, Ye H, Gogotsi Y, Babu S, Ndungu N, и Брэдли J-C, Относящое К Окружающей Среде Изучение Электронной Микроскопии Скеннирования Воды в Углероде Nanopipes. Nano Письма, 2004. 4: P. 989.

2. Shah HJ, MP Fontecchio AK, Rossi, Mattia D, и Gogotsi Y, Воображение жидкостных кристаллов ограниченных в nanopipes углерода. Письма Прикладной Физики, 2006. 89: P. 043123-1 до 0431231-3.

3. BM Ким, Qian S, и Bau HH, Заполняя Углерод Nanotubes с Частицами. Nano Письма, 2005. 5(5): P. 873-878.

4. Korneva G, Ye H, Gogotsi Y, Halverson D, Фридман G, Брэдли J-C, и Kornev KG, Углерод Nanotubes Нагруженное с Магнитными Частицами. Nano Письма, 2005. 5(5): P. 879-884.

5. MS Kneipp K, Wang Y, Kneipp H, Perelman ЛТ, Itzkan I, Dasari RR, и Feld, Одиночное Обнаружение Молекулы используя Поверхност-Увеличенный Разбрасывать Raman. Физическое Просмотрение Письмо, 1997. 78: P. 1667.

6. MS Kneipp K, Kneipp H, Itzkan I, Dasari RR, и Feld, Поверхност-Увеличенный разбрасывать Raman и биофизика. Журнал Физики: Сконденсированное Дело, 2002. 14: P. R597-R624.

7. Campion A, Ivanecky I, J.E., Ребенок CM, и Приёмный M, На механизме химического повышения в поверхност-увеличенный разбрасывать Raman. Журнал Americal Химического Общества, 1995. 117: P. 11807-8.

8. Оттон A, Mrozek I, Grabhorn H, и Akemenn W, Поверхност-Увеличенный разбрасывать Raman. Журнал Физики: Сконденсированное Дело, 1992. 4: P. 1143-1212.

9. Moskovits M, Поверхност-Увеличенная спектроскопия. Просмотрения Самомоднейшей Физики, 1985. 57: P. 783-826.

10. Campion A и Kambhampati P, Поверхност-Увеличенный разбрасывать Raman. Химическое Общество Просмотрение, 1998. 27: P. 241-250.

11. Mattia D, Korneva G, Sabur A, Фридман G, и Gogotsi Y, Многофункциональные nanotubes углерода при nanoparticles врезанные в их стенах. Нанотехнология, 2007(18): P. 155305.

12.   Sabur A, Havel M, и Gogotsi Y, оптимизирование интенсивности SERS путем контролировать синтез граненных nanoparticles золота. Журнал Спектроскопии Raman, 2007. Принято.

13.   Ayars EJ и Hallen HD, Влияния Градиента Электрического Поля в Спектроскопии Raman. Физические Письма Просмотрения, 2000. 85(19): P. 4180-4183.

14.   Potlubotko AM, явление SERS как выраженность квадрупольного взаимодействия света с молекулами. Физика Помечает Буквами A, 1990. 146 (1-2): P. 81-84.

15.   CL Haynes, ОБЪЯВЛЕНИЕ McFarland, и Van Duyne RP, Поверхност-Увеличенная Спектроскопия Raman. Аналитическая Химия, 2005: P. 339 A - A. 346.

16.   Colemen KS, СТАРШИЙ Bailey, Fogden S, и Зеленое MLH, Functionalization Одиночн-Огороженного Углерода Nanotubes через Реакцию Bingel. Журнал Общества Americal Химического, 2003(125): P. 8722-8723.

17.   Antunes EF, Lobo AO, Corat EJ, Trava-Airoldi VJ, Мартин AA, и Verissimo C, Сравнительное изучение первого и спектры Raman втор-заказа MWCNT на видимом и ультракрасном Углероде возбуждения лазера, 2006. 44(11): P. 2202-2211.

18.   Dou X, Jung YM, Yamamoto H, Doi S, и Ozaki Y, Близко-Ультракрасный Excited Поверхност-Увеличенный Разбрасывать Raman Биологических Молекул на Коллоиде I Золота: Влияния пэ-аш Разрешений Аминокислот и Их Полимерности. Прикладная Спектроскопия, 1999. 53(2): P. 133-138.

19.   SB Kumar S, Rai A, Singh A, и Rai, Часть A Acta Spectrochimica: Молекулярная и Биомолекулярная Спектроскопия, 2005. 61: P. 2741.

20.   Лион SA и Worlock JM, Роль Электромагнитных Резонансов в Поверхност-Увеличенном Влиянии Raman. Физическое Просмотрение Письмо, 1983. 51(7): P. 593-596.

21.   ОБЪЯВЛЕНИЕ McFarland, Молодой MA, Dieringer JA, и Van Duyne RP, Длин волны-Просмотренная Поверхност-Увеличенная Спектроскопия Возбуждения Raman. Журнал Физической Химии B, 2005. 109: P. 11279-11285.

22.   Kottmann JP, Мартин OJF, Смит DR, и Schultz S, Non-regularly сформировали nanoparticle плазмона резонирующий как локализованный источник света для микроскопии близко-поля. Журнал Микроскопии, 2001. 202(1): P. 60-65.

23.   Rai A, Singh A, Ahmad A, и Sastry M, Роль Галоидных Ионов и Температура на Словотолковании Биологически Синтезированного Золота Nanotriangles. Langmuir, 2006. 22: P. 736-741.

24.   Dou X, Jung YM, Cao Z-Q, и Ozaki Y, Поверхност-Увеличенный Разбрасывать Raman Биологических Молекул на Коллоиде II Металла: Влияние Комплексирования Коллоида Золота и сравнения Влияний пэ-аш Разрешений Глицина между Золотом и Коллоидами Серебра. Прикладная Спектроскопия, 1999. 53(11): P. 1440-1447.

25.   Podstawka E, Часть III: Поверхност-Увеличенный Разбрасывать Raman Аминокислот и Их Монослоев Homodipeptide Депозированных на Коллоидную Поверхность Золота. Прикладная Спектроскопия, 2005. 59(12): P. 1516-1526.

26.  Mattia D, Bau HH, и Gogotsi Y, Мочить Фильмов Углерода CVD Приполюсным и Неполярными Жидкостями и Прикосновенностей для Углерода Nanopipes. Langmuir, 2006. 22(4): P. 1789-1794.

Детали Контакта

Alia Sabur

Наука и Инженерный Отдел Материалов
Университет Drexel, Улица 3141 Каштана
Филадельфия, PA 19104
США

Телефон: +1 215 200 7494.

Электронная Почта: as428@drexel.edu

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

Last Update: 15. July 2013 16:31

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit