20% off Mass Spectrometer range at Conquer Scientific
Related Offers
OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0117

Ytbehandla Förhöjda Baserade Cell- Sonder för Raman SpektroskopiKol Nanotube

Alia Sabur

Ta Copyrightt på AZoM.com Pty Ltd.

Denna är en Öppen AZo Tar Fram Belöningar, artikeln för Systemet som (AZo-OARS som) är utdelad under, benämner av AZo-OARSNA http://www.azonano.com/oars.asp, som oinskränkt bruk för tillstånd g det original- arbetet citeras riktigt, men begränsas till denreklamfilm fördelning och reproduktionen.

Sänt: 22 Juli 2007

Postat: 3 Oktober 2007

Täckte Ämnen

Abstrakt begrepp

Bakgrund

Resultat och Diskussion

Avslutning

Metoder och Material

Tack till personer

Hänvisar till

Kontakten Specificerar

Abstrakt begrepp

Kolnanotubes och nanopipes har visats för att ha stort potentiellt som cell- sonder, för bruk som nanofluidic apparater att transportera lösningar till eller från celler. Danande dessa nanopipes som är kompetent att avkänna inom cellerna, låter ett enormt av beloppet av extra information erhållas. Ytbehandla-Förhöjda Raman som spektroskopin (SERS) är en teknik som låter väldeliga ökande Raman, signalerar använt för traceupptäckt och karakterisering av biologiska prov med extremt rumslig upplösning för kick. I detta arbete både kolnanotubes och nanopipes har functionalized med SERS-aktivet nanoparticles för att låta utveckling av mångsidiga nanoprobes. Glycine var den van vid bedömningen SERS-aktiviteten, och den motsvarande förbättringen dela upp i faktorer (108).

Bakgrund

Kolnanotubes (CNTs) har visat utmärkt potentiellt för bruk som cell- sonder. Som ”nanopipes” kan de vara van vid transportflytande till eller från celler och injicera lösningar eller droger direkt in i individceller och individorganelles inom cellerna. I tillägg på grund av de små diametrarna av kolnanotubesna framkalla lite skada till celler på genomträngning. Kolnanopipes (CNPs) har fyllts med bevattnar [1], vätskekristaller [2] som, är fluorescerande [3], och den magnetiska 4] visningen för nanoparticles [att de kan användas för transporten av olika typer av vätskor till och från celler. Vid danande kunde dessa sonder som var kompetent att avkänna inom cellerna, information om kemiska växelverkan inom cellerna, finnas. denFörhöjda Raman Spektroskopin (SERS) har denna kapacitet. SERS-aktivet för Danandekolnanotubes vid functionalization med SERS-aktivet nanoparticles, skapar möjligheten av den extremt känsligt studien och ID av delar av celler. I tillägg kan nanotubesna appliceras till en nanofluidic apparat, var de kan serven som en sammankoppling mellan en fluid behållare och cellen, till båda levererar och extraktvätskor. Verkställer av vätskorna på cellerna kunde vara utstuderat i situ.

SERS-tekniken kan vara van vid förhöjer Ramanen signalerar dela upp i faktorer by av upp till 1014 [5]. Den har huvudsakliga två ämnar; första, att förhöja den förhållandevis svaga Ramanen signalerar som gör det svårt att undersöka specificerat kemiskt tillfredsställer av många komplexa prov och understödja, för att få information från ytbehandla av komplexa material (monolayers). I SERS är sidoupplösning beslutsam inte vid diffractionen begränsar, men vid den rumsliga fångenskapen av lokalen sätter in [6]. Denna analytiska kapacitet för tracen är mest intressant för biologiska studier och att låta molekylärt ID på nanoscalen. Detta är speciellt viktigt, därför att biologically relevant molekylar är ofta tillgängliga för karakterisering i extremt lilla belopp. Det finns två huvudsakliga mekanism för SERS-förbättringen, elektromagnetiskt och kemiskt [7-10]. Den elektromagnetiska förbättringen angår magnetiseringen av ytbehandlar plasmons på nanoscale belägger med metall strukturerar, fördriver de kemiska förbättringsbekymmren ettöverföring komplex mellan belägga med metall och ta prov som ska analyseras.

Vanliga metoder av att skapa förbättringen som är nödvändig för SERS, rougheneds, eller mönstrat belägga med metall pläterar, eller sfäriska nanoparticles. Emellertid använder dessa ”inneställe” för att skapa den viktiga förbättringen dela upp i faktorer önskat. Förberedande åtgärdresultat har visat att sfäriska nanoparticles bäddade in i väggarna av kolnanotubesjordbruksprodukter ett svagt men observablen signalerar [11].

Det har visats, att fasetterade nanoparticles ger en mycket högre SERS-styrka, än colloidal quadrupole för nanoparticles [12] tack vare [13] och lutningen sätter in verkställer [14] och så används i denna studie. Dessa kan koppla av valet härskar och orsakar det utseendemässigt av normalt förbjudna Raman fodrar och att förklara några av de observerade ändringarna i SERS-spectrana.

Fasetterade nanoparticles kan skapa dessa inneställe individuellt och att ta bort behovet för preciserar kontrollerar av aggregation [15].

Resultat och Diskussion

Två sorter av nanoprobes skapades och testades. Först fäste CNPs med nanotriangles insida, det låter studien av växelverkaninsida rören. En upphängning av CNPs i ethanol och en lösning av nanotrianglesna var förberedd och att låta trianglarna till spridd insida CNPsen. För bruk förlades en liten droppe av denna upphängning på ett silikonrån och tillåtet till torrt grundligt. Även Om inga trianglar observerades på ytbehandla av CNPsen med överföringselektronmicroscopy (TEM), tvättades CNPsen försiktigt med DI bevattnar för att ta bort några trianglar på ytbehandla. Nanotubes observerades att använda den backscattered elektronen som avbildar med scanningelektronmicroscopy (SEM) för att avläsa för guld- partiklar, som inte visades på förutom rören. Efter avdunstning av bevattna, glycinelösningen sattes in på CNPsen. Därför Att CNPsen är stor i diameter, var individrör klart synliga.

Understödja smala mång--väggen nanotubes med trianglar som fästas chemically till yttersidan av den Bingel reaktionen [16]. Den Bingel reaktionen är ett exempel av cycloadditionreaktion för a [2+1]. Det huvudsakligt kliver i det processaa är: Först immobilized transesterified nanotubesna på en ytbehandla och av långvarig stirring i en överskotts av 2 (methylthio) ethanolfollowed av omfattande tvagning med diethyl eter för att bilda [(COOCHCHSMe22)2 C<SWNT]. Därefter genom att exploatera bindande växelverkan för det guld- svavel, ”märktes” cyclopropanegruppen genom att använda guld- nanoparticles. Tar Prov blandat utan den Bingel reaktionen visade inget tillbehör av trianglar till nanotubesna.

På motsvarande sätt sattes in CNTsen med fäste trianglar på ett silikonrån, och tvättat försiktigt med DI bevattna. Efter avdunstning sattes in glycine på CNTsen. Raman som spectra togs från litet, samla i en klunga av nanotubes och att innehålla så fåtal, som synligt med instrumentalet ställa in använt.

Någon överflödig glycine som återstår runt om nanotubesna under de Raman mätningarna, påverkar inte resultaten. Koncentrationen av glycine är för låg att observeras av den konventionella Raman spektroskopin, danande det endast observablen när i kontakt med nanotrianglesna som är endast inre CNTEN eller CNPsen. Alla spectra av glycine togs stunder blöter, för att förhindra bildandet av crystallites på ytbehandla av röret under den processaa uttorkningen.

Figurera 1. Microscopy av nanotubesonder. (a) TEM föreställer av en triangel och en sfärisk partikelinsida en nanopipe. (b) SEM 2000 avbildar av en triangel och en sexhörnig partikel som fästas till MWNT av den Bingel reaktionen. (c) En SEM 2000 avbildar av en triangelinsida en genomskinlig nanopipe som göras av kickspänningen (25 kV). (D) En SEM 2000 avbildar av den samma nanopipen som in (c) med en accelerera spänning av 4 kV, visning ingenting i regionen av (c) som är menande, som triangeln lokaliseras på insidan av röret.

En van vid nanotube erhåller SERS koms med till SEM 2000 och observerades, visningen en triangel på insidan av nanotuben. Med en accelerera spänning av 4 kV observerades inga partiklar, men, när du lyfts till 25 kV som väggarna av röret blev genomskinliga och att låta observationen av triangeln som in visas, Figurera 1.

Motsvarande Raman spectra från dessa två metoder visas in Figurerar 2. Glycinen nå en höjdpunkt synligt är identisk i båda fall och motsvarar väl med föregående litteratur på SERS av glycine. Också synliga är de Raman spectrana av CNPsen och CNTsen som omkring består av ett musikband (1350 cm-1), som är ett dubbelt resonansmusikband vanligt för kolmaterial (D-musikband) och ett musikband omkring 1600 cm-1 släkta till i-plana vibrationer av grafiten ( musikband). Dessa musikband verkar olika mellan CNTsen och CNPsen på grund av skillnaden i deras syntes [17] - CNTsen är mestadels graphitic, fördriver CNPsen har en oordnad vägg att strukturera.

Figurera 2. Raman spectra erhållande, genom att använda nanotubesonder. (1) från CNPs med trianglar på insidan, (2) från MWNT med trianglar som fästas till yttersidan, och (3) med ingen nanotubegåva, visning som bristen av några signalerar förutom från Si. (a) En avbilda av ett litet samla i en klunga av van vid MWNT erhåller SERS. (b) En van vid individnanopipe erhåller SERS.

Extra Fyra nå en höjdpunkt från glycine syns, på 817 - 872 (NH-2 vridningen - CH-2 vridningen), 1048 (C--Nelasticiteten), 1083 (NH-3+ wagen) och 1453 (CH-2 krökningen) cm-1. Skillnaderna mellan stamgästen Raman och SER-spectra kan förklaras av lutningen sätter in, och quadrupolen verkställer, som diskuterat över.

Bordlägga I. Frekvens (cm-1) och uppgifter av musikband i de konventionella Raman spectrana och SERSEN av glycine.

Stamgäst Raman

SERS spheres

SERS nanotubes

Uppgift

816 s, 872 w

817 w, 872 s

NH-2 vridning + CH-2 vridning

901 s

950 w

C--celasticitet

w 1033

w 1026

w 1048

C--nelasticitet

w 1131

s 1175

w 1083

NH-3+ wag

1229 w, 1273 M

s 1328

w 1311

CH-2 wag

w 1374

C--NH3+ elasticitet

s 1407

COOH-sym. elasticitet

1438 M

w 1437

1453 M

CH-2 krökning

w 1513

s 1527

NH-3+ sym. def.

w 1590

COOH-asym. elasticitet

1612 M

NH-3+ asym. def.

Dou visade o.a. att glycine påverkar varandra med guld- nanoparticles till och med de amino grupperna [18] som därför påverkas mer av denframbragda elkraften sätter in. Jämförelsen av dessa resultat till SERS av glycine i en Aucolloidlösning visar att en upshift av omkring 5-10 cm-1 av glycinen nå en höjdpunkt. I tillägg nå en höjdpunkt observerad SERS motsvarar väl med ab-initioberäkningar från Kumar et al [19].

Förbättringen verkar att vara liten, men klart distinguishable och att vara signalera från få glycinemolekylinsida per singelröret. Fördriva SERSEN nå en höjdpunkt är förhållandevis lågt i styrka, det har föregående visats att närvaroen av kol nära SERS-aktivet belägger med metall kan minskning styrkan av SERSEN signalera by dela upp i faktorer av flera hundra [20]. Även Om SERS-studier har gjorts på kolnanotubes, visade jämförelsen av de Raman spectrana av CNTsen och CNPsen att inga ändringar när du föreslår en brist av SERS verkställer.

Att att ge en mer kvantitativ bedömning av SERS-förbättringen som förbättringen dela upp i faktorer, (EF) beräknades enligt [21].

SERSN/RR(INRRSERS) (Eq. 1)

Var NRR och NSERS är numrera av molekylar som sonderas av den stamgästRaman spektroskopin och SERS, respektive; och IRR och ISERS är de motsvarande styrkorna. Att beräkna förbättringen dela upp i faktorer, det är kritiskt till bedömningen som volymerna sonderade vid de två metoderna.

I fallet av den stamgästRaman spektroskopin antar vi att den sonderade volymen är en cylinder av μm 2×5 (förutsatt att av ett mål 50× i det confocal funktionsläget med en öppning av μm 50) som ger en volym av 15.7×10-15 L. Därför motsvarar en glycinekoncentration av 2,7 M till molekylar för ~10 2×10 i denna volym som ger en Raman styrka av 30 cps.

I fallet av SERS kommer signalera från på maximum ett triangelinsida CNPEN. Därför Att diametern av CNPsen är ungefärligt 300 nm, storleksanpassar de störst triangeln som kan skriva in rören är 300 som, nm kantar längd. Anta, att elkraften sätter in kommande från trianglarna inte fördjupa till en distansera higher, kan än 35 nm [22], den analyserade volymen vara ansedda som en triangulär prisma som sammanlagt fördjupa runt om nanotrianglen 35 riktningar för nm. Detta har en volym av 8x10-19 L. Därefter på en 1 koncentration för en mm eller-3 10 M glycine, sonderas molekylar för ~ 480 i denna volym, som jordbruksprodukter en SERS-styrka av 200.

Från dessa parametrar, vi erhåller E.F.= (200×2.5×1010)/(30×480) 4×108.

Tack vare de använda metoderna, är det svårt att kontrollera preciserabeloppet av partiklar som skriver in eller fäster till nanotubesna. Som observerat av SEM 2000 och TEM, innehåller CNPsen på mest en triangulär partikel. Bingelen Rx CNTs ansar för att innehålla samla i en klunga av partiklar som några är triangulära av. Naturligt skulle en högre koncentration av trianglar är effektivare i signaleraförbättringen. Skulle Framtida arbete gäller mer komplex metoder till specifikt bilagan de triangulära partiklarna till det inre, eller yttre ytbehandla av nanotubesna.

Avslutning

Functionalizationen av kolnanotubes och nanopipes för bruk som ytbehandla-förhöjda Raman spektroskopisonder har uppnåtts. SERS har uppnåtts genom att använda två typer av nanotubes och tillbehöret, till identiska resultat. Dessa har stor versatility och böjlighet för traceupptäckt i biologiska applikationer. Också låter kan CNPsen flytande flöda och växelverkande insida och användas för i situstudier. Kemiska experiment kan vara förad insida röret, med reaktionsprodukterna som observeras av SERS. Kombination av dessa SERS-aktivet nanotubes med redan existerande nano-sondera tekniker kunde möjliggöra studien av celler med singel-molekyl känslighet.

Metoder och Material

SERS-aktiv synthesized guld- nanotriangles av lemongrassmetoden som in användes [23]. Först lämnar 5g av fint tvättad och torkad lemongrass för snittet sattes i 20mL av kokande DI bevattnar för att minut 5 ska skapa leafextraktet. Det guld- synthesized av blandande 10mL av en 1mM aqueous HAuCl4 lösning med olika belopp av lemongrassextraktet på rumstemperaturen och rörde över natten.

Glycine en amino syra, användes, som SERSNA testar tar prov, som den är enkla, har varit utstuderade i specificerar [18, 24, 25] och är föregående en användbar precursor till mer invecklad biologiskt tar prov. Glycine användes som mottaget från Sigmaen Co utan mer ytterligare purification. Finalkoncentrationen, för bruk var 1 en mm, med NaCl för en mm 10 och HCl som gör aggregation lättare. Denna koncentration valdes, därför att den är för låg att avkännas alls med den standarda Raman spektroskopin i den använda konfigurationen (en liten droppe på ett Si-rån).

CNPsen synthesized med en noncatalytic kemisk dunstavlagring (CVD)metod genom att använda ett reklamfilmaluminamembran som en porös mall (Whatman Anodisc®), nominell pordiameter: 300 nm±10%, tjocklek: μm 60. Fristående nanopipes erhölls efter upplösning av aluminamallen i en koka 1M lösning av natriumhydroxide. Diametern av de resulterande nanopipesna motsvarar till diametern av porna i det original- membranet, och längden, efter sonication, är allmänt μm 10. Efter syntes har CNPsen en oordnad vägg att strukturera [26].

Raman spectra ficks genom att använda en Renishaw 1000/2000 Raman mikro-spectrometer (galler för 1200 l/mm) i baksida-spridning geometri. Magnetiseringskällan var en diodlaser (785 nm), fokuserad (mål 50x) till en fläck storleksanpassar av μm ungefärligt 2. Spectrana var analyserat använda Binder programvara 2,0 från Renishaw. Raman spectra togs från multipeln CNTs av varje typ, och resultaten som här visas, är representativt allra utstuderat.

En Zeiss Supra 50VP var van vid erhåller scanningelektronmicroscopy (SEM) avbildar.

Tack till personer

Tacka dig till D. Breger för att fungera SEM 2000, D. Mattia för syntes och förberedelsen av CNPs och funktionen av TEMEN för Fig. 1a och G. Korneva för att utföra Bingelen Rx på MWNT enligt Referens. [16], och för syntes av sfärisk guld- golloid. Författare bekräftar också Arkema, Frankrike för levererande multiwallnanotubes. TEM-studier utfördes på Penn den Regionala NanotechnologyLättheten. A. stöttades Sabur av en NDSEG-Gemenskap och en Dekan Gemenskap. Microscopy för Raman Spektroskopi- och ScanningElektron utfördes på den Centraliserade MaterialKarakteriseringLättheten, den Drexel Universitetar.

Hänvisar till

1.       Rossi MP, Ye-H, Gogotsi Y, Babu S, Ndungu N och Bradley J-C, den Miljö- Studien för ScanningElektronMicroscopy av Bevattnar i Kol Nanopipes. Nano Märker, 2004. 4: p. 989.

2.       Schah HJ, Fontecchio AK, Rossi MP, Mattia D och Gogotsi Y, Avbilda av vätskekristaller som begränsas i kolnanopipes. Den Applicerade Fysiken Märker, 2006. 89: p. 043123-1 - 0431231-3.

3.       Kim BM, Qian S och Bau HH, Fyllnads- Kol Nanotubes med Partiklar. Nano Märker, 2005. 5(5): p. 873-878.

4.       Korneva G, Ye-H, Gogotsi Y, Halverson D, Friedman G, Bradley J-C och Kornev KG, Kol Nanotubes som Laddas med Magnetiska Partiklar. Nano Märker, 2005. 5(5): p. 879-884.

5.       Kneipp K, Wang Y, Kneipp H, Perelman LT, Itzkan Mig, Dasari RR och Feld MS, SingelMolekylUpptäckt genom att använda denFörhöjda Raman Spridningen. Läkarundersökningen Granskar Märker, 1997. 78: p. 1667.

6.       Kneipp K, Kneipp H, Itzkan Mig, Dasari RR och Feld MS, Ytbehandla-Förhöjd Raman spridning och biophysics. Föra Journal över av Fysik: Förtätad Materia, 2002. 14: p. R597-R624.

7.       Campionen A, Ivanecky Vårdar Jag, J.E., Barnet CM, och M, På mekanismen av den kemiska förbättringen i denförhöjda Raman spridningen. Föra Journal över av Americalen Kemiska Samhälle, 1995. 117: p. 11807-8.

8.       Otto A, Mrozek Mig, Grabhorn H och Akemenn W, Ytbehandla-Förhöjd Raman spridning. Föra Journal över av Fysik: Förtätad Materia, 1992. 4: p. 1143-1212.

9.       Moskovits M, Ytbehandla-Förhöjd spektroskopi. Granskar av Moderna Fysik, 1985. 57: p. 783-826.

10.   Campion A och Kambhampati P, Ytbehandla-Förhöjd Raman spridning. Kemiskt Samhälle Granskar, 1998. 27: p. 241-250.

11.   Mattia D, Korneva G, Sabur A, Friedman G och Gogotsi Y, Multifunctional kolnanotubes med nanoparticles inbäddade i deras väggar. Nanotechnology 2007(18): p. 155305.

12.   Sabur A, Havel M och Gogotsi Y, SERS-styrkeoptimization, genom att kontrollera syntesen av fasetterade guld- nanoparticles. Föra Journal över av den Raman Spektroskopin, 2007. Accepterat.

13.   Ayars EJ och Hallen HD, Elkraft Sätter In Lutning Verkställer i den Raman Spektroskopin. Läkarundersökningen Granskar Märker, 2000. 85(19): p. 4180-4183.

14.   Potlubotko FÖRMIDDAG, SERS-fenomen som en manifestation av quadrupoleväxelverkan av ljust med molekylar. Fysiken Märker A, 1990. 146 (1-2): p. 81-84.

15.   Haynes CL, McFarland ANNONS och Skåpbil Duyne RP, Ytbehandla-Förhöjd Raman Spektroskopi. Analytisk Kemi, 2005: p., 339 A - 346 A.

16.   Colemen KS, BorggårdSR, Fogden S och Gräsplan MLH, Functionalization av Singel-Walled Kol Nanotubes via den Bingel Reaktionen. Föra Journal över av Americal det Kemiska Samhället, 2003(125): p. 8722-8723.

17.   EF Antunes, Loboen AO, Corat EJ, Trava-Airoldi VJ, Martin AA och Verissimo C, Jämförbar studie av första och understödja-beställer Raman spectra av MWCNT på synligt och infrarött laser-magnetiseringsKol, 2006. 44(11): p. 2202-2211.

18.   Dou X, Jung YM, Yamamoto H, Doi S och Ozaki Y, Near-Infraröd Upphetsad Ytbehandla-Förhöjd Raman Spridning av Biologiska Molekylar på den Guld- Colloiden Mig: Verkställer av pH av Lösningarna av Amino Syror och av Deras Polymerisation. Applicerade Spektroskopi, 1999. 53(2): p. 133-138.

19.   Kumar S, Rai A, Singh A och Rai SB, Spectrochimica ActaDel A: Molekylär och Biomolecular Spektroskopi, 2005. 61: p. 2741.

20.   Lyon SA och Worlock JM, Roll av Elektromagnetiska Resonansar i denFörhöjda Ramanen Verkställer. Läkarundersökningen Granskar Märker, 1983. 51(7): p. 593-596.

21.   McFarland ANNONS, Ung MOR, Dieringer JA och Skåpbil Duyne RP, Våglängd-Avläst Ytbehandla-Förhöjd Raman MagnetiseringsSpektroskopi. Föra Journal över av LäkarundersökningKemi B, 2005. 109: p. 11279-11285.

22.   Kottmann JP, Martin OJF, Smeden DR och Schultz S, Non-regularly formade den resonant nanoparticlen för plasmon, som den lokaliserade ljusa källan för near-sätter in microscopy. Föra Journal över av Microscopy, 2001. 202(1): p. 60-65.

23.   Rai A, Singh A, Ahmad A och Sastry M, Roll av Halogenid- Joner och Temperatur på Morfologin av Biologically Synthesized Guld- Nanotriangles. Langmuir 2006. 22: p. 736-741.

24.   Dou X, Jung YM, Cao Z-Q och Ozaki Y, denFörhöjda Raman Spridningen av Biologiska Molekylar Belägger med metall på Colloid II: Verkställa av Aggregation av den Guld- Colloiden och jämförelse av Effects av pH av GlycineLösningar mellan Guld- och Försilvra Colloids. Applicerade Spektroskopi, 1999. 53(11): p. 1440-1447.

25.   Podstawka E, Del III: DenFörhöjda Raman Spridningen av Amino Syror och Deras Homodipeptide Monolayers som Sättas In på Colloidal Guld-, Ytbehandlar. Applicerad Spektroskopi, 2005. 59(12): p. 1516-1526.

26.  Mattia D, Bau HH och Gogotsi Y, att Blöta av CVD-Kol Filmar vid Polara och Nonpolar Flytande och Implikationer för Kol Nanopipes. Langmuir 2006. 22(4): p. 1789-1794.

Kontakten Specificerar

Alia Sabur

MaterialVetenskap och IscensättaAvdelning
Drexel Universitetar, Gata för 3141 Kastanj
Philadelphia PA 19104
USA

Ringa: +1 215 200 7494.

E-post: as428@drexel.edu

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

Last Update: 15. July 2013 16:40

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