التوليف وFunctionalization من النيتروجين مخدر الكؤوس الأنابيب الجزيئية الكربونية مع جزيئات الذهب كما سدادات الفلين
Summary
ناقشنا توليف nanocups غرافيتي الفردية باستخدام سلسلة من التقنيات بما في ذلك ترسيب الأبخرة الكيميائية، وأكسدة الأحماض صوتنة مسبار طرف. بواسطة تخفيض سترات من HAuCl<sub> 4</sub>، كانت nanocups غرافيتي مفلن بشكل فعال مع جزيئات الذهب بسبب حواف رد الفعل كيميائيا من الكؤوس.
Abstract
تتكون الأنابيب النانوية الكربونية النيتروجين مخدر من العديد من المقصورات غرافيتي على شكل كوب توصف بأنها النيتروجين مخدر أكواب أنابيب الكربون (NCNCs). كانت مكدسة هذه nanocups غرافيتي AS-توليفها من ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) طريقة بطريقة الرأس إلى الذيل المعقود إلا من خلال التفاعلات noncovalent. NCNCs الفردية يمكن أن تكون معزولة من هيكلها التراص من خلال سلسلة من عمليات الفصل الكيميائية والفيزيائية. أولا، تأكسدت NCNCs AS-تصنيعه في خليط من أحماض قوية لإدخال عيوب المحتوية على الأوكسجين على الجدران غرافيتي. ثم تم معالجة NCNCs أكسدة باستخدام عالية الكثافة صوتنة التحقيق معلومات سرية والتي فصلها بشكل فعال NCNCs مكدسة في nanocups غرافيتي الفردية. بسبب وفرة الأوكسجين الخاصة بهم وظائف سطح النيتروجين، وNCNCs الفردية أدت هي ماء للغاية ويمكن functionalized بشكل فعال مع جزيئات الذهب (GNPs)، والتي تناسب بشكل تفضيلي في افتتاحمن أكواب وسدادات الفلين. هذه nanocups غرافيتي مفلن مع GNPs قد تجد تطبيقات واعدة كما الحاويات وناقلات المخدرات النانومترية الحجم.
Introduction
مع تجاويف من الداخل المتأصلة وتنوعا الكيمياء السطحية، والمواد النانوية جوفاء القائمة على الكربون، مثل أنابيب الكربون النانوية (تشارك المركز الوطني)، تعتبر nanocarriers جيدة في تطبيقات تسليم المخدرات. 1،2 ومع ذلك، فإن هيكل ليفية من الأنابيب النانوية الكربونية البكر لديه لا يمكن الوصول إليها بدلا أجوف الداخلية ويمكن أن يسبب استجابة التهابية شديدة والآثار السامة للخلايا في النظم البيولوجية. 3،4 تشارك المركز الوطني النيتروجين مخدر، من ناحية أخرى، وقد وجد أن تمتلك توافق مع الحياة أعلى من undoped أنابيب الكربون النانوية multiwalled (MWCNTs) 5،6، وربما يكون أفضل المخدرات أداء التسليم. المنشطات من ذرات النيتروجين في أنابيب السياج غرافيتي النتائج في هيكل أجوف مجزا تشبه الكؤوس مكدسة التي يمكن فصل الفرد للحصول على النيتروجين مخدر أكواب أنابيب الكربون (NCNCs) مع طول نموذجي أقل من 200 نانومتر. 7،8 مع الداخلية في متناول و وظائف النيتروجين والتي تسمح لمزيد من المواد الكيميائيةfunctionalization، هذه الكؤوس غرافيتي الفردية هي مفيدة للغاية للتطبيقات تسليم المخدرات.
بين أساليب مختلفة لالاصطناعية النيتروجين مخدر تشارك المركز الوطني بما في ذلك قوس التفريغ 9 والعاصمة المغنطرون الاخرق، 10 ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) وكان الأسلوب الأكثر انتشارا بسبب العديد من المزايا مثل ارتفاع المحصول ويسهل السيطرة على ظروف نمو الأنابيب النانوية. ويستخدم آلية النمو بخار السائل الصلبة (VLS) عادة لفهم عملية النمو من الأمراض القلبية الوعائية تشارك المركز الوطني النيتروجين مخدر. 11 عموما هناك نوعان من مخططات مختلفة لاستخدام البذور محفز معدني في النمو. في مخطط "سرير ثابت"، فقد تم تصنيع الحديد النانوية مع أحجام عرف لأول مرة من قبل التحلل الحراري للpentacarbonyl الحديد وثم مطلي على الشرائح الكوارتز بواسطة طلاء زيادة ونقصان للنمو الأمراض القلبية الوعائية اللاحقة. 12 في "حافز العائمة" مخطط، حافزا الحديد (عادة تم الفيروسين) مختلطة وحقنوا الكربون ونالسلائف itrogen، والتحلل الحراري من الفيروسين تقديم الجيل الموقع من الجسيمات النانوية الحفاز الحديد التي ترسبت الكربون والنيتروجين في السلائف. بينما حافزا سرير ثابت يوفر سيطرة أفضل على حجم NCNCs الناتجة، العائد من المنتج هو أقل عادة (<1 ملغ) بالمقارنة مع مخطط محفز العائمة (> 5 ملغ) لنفس كمية السلائف ووقت النمو. كما يوفر نظام محفز العائمة أيضا توزيع حجم موحد إلى حد ما من NCNCs، اعتمد في هذه الورقة عن الأمراض القلبية الوعائية توليف NCNCs.
طريقة الأمراض القلبية الوعائية يتيح NCNCs AS-توليفها التي يحمل ليفية التشكل تتألف من العديد من الكؤوس مكدسة. رغم عدم وجود الروابط الكيميائية بين أكواب المجاورة، تظل التحديات 8 في عزلة الفعال للأكواب فردية لأنهم تركيبه بإحكام في تجاويف بعضها البعض والتي تحتفظ بها التفاعلات noncovalent متعددة وطبقة خارجية من الكربون غير متبلور. 8 أتMPTS لفصل أكواب مكدسة تشمل كلا النهجين الكيميائية والفيزيائية. بينما العلاجات أكسدة في خليط من أحماض قوية هو إجراء نموذجي لخفض تشارك المركز الوطني وإدخال وظائف الأكسجين، 13،14 ويمكن أيضا أن تطبق على خفض NCNCs إلى أقسام أقصر. وقد ثبت الميكروويف إجراءات الحفر البلازما أيضا لفصل NCNCs 15 بالمقارنة مع النهج الكيميائية، الفصل المادي هو أكثر وضوحا. وأظهرت دراسة سابقة أن لدينا ببساطة عن طريق طحن مع هاون ومدقة NCNCs الفردية يمكن أن تكون معزولة جزئيا من هيكلها مكدسة. 7 بالإضافة إلى ذلك، عالية الكثافة صوتنة مسبار تلميح، الذي قدم إلى خفض فعال أنابيب الكربون النانوية احد الجدران (SWCNTs) ، وقد تبين أيضا 16 أن يكون لها تأثير كبير على الفصل بين NCNCs. 8 صوتنة مسبار تلميح يسلم السلطة ذات الكثافة العالية بالموجات فوق الصوتية إلى حل NCNC أن أساسا "يهز" الكؤوس مكدسة ويعطل INTERA ضعيفctions التي تمسك أكواب معا. في حين طرق الفصل المحتملة الأخرى هي إما غير فعالة أو التدميرية للهيكل كوب، ويوفر معلومات سرية التحقيق صوتنة أسلوب الفصل المادي فعالة للغاية، فعالة من حيث التكلفة وأقل تدميرا للحصول على أكواب غرافيتي الفردية.
وكما هو وتوليفها ليفية NCNCs يعاملون الأول في المركز H 2 SO 4 / HNO 3 حامض خليط قبل انفصالهما مع صوتنة مسبار طرف. كانت NCNCs فصل الناتجة ماء للغاية وفرقت بشكل فعال في الماء. حددنا سابقا وظائف النيتروجين مثل مجموعات أمين على NCNCs والاستفادة منها للتفاعل الكيميائي لNCNCs functionalization. 7،8،17 بالمقارنة مع أسلوبنا ذكرت سابقا من حدا قصي NCNCs مع الجسيمات النانوية التجارية، و 8 في هذا العمل، وكانت جزيئات الذهب (GNPs) الراسية على نحو فعال إلى السطح من الكأس من الحد من سيترات حمض chloroauric. بفضلتوزيع تفضيلية من وظائف النيتروجين في العراء الحافات من NCNCs، مالت GNPs توليفها في الموقع من السلائف الذهب أن يكون هناك تفاعل أفضل مع الحافات المفتوحة وشكل الناتج القومي الإجمالي "سدادات الفلين" على الكؤوس. وقد أدت هذه التوليف وطرق functionalization في رواية GNP-NCNC الهجين المواد متناهية الصغر للتطبيقات المحتملة وناقلات تسليم المخدرات.
Protocol
Representative Results
Discussion
وكان الهدف الأساسي من تجاربنا لإنتاج فعال nanocups غرافيتي من الأنابيب النانوية الكربونية النيتروجين مخدر. ومع ذلك، النيتروجين المنشطات في تركيب الأمراض القلبية الوعائية لا يضمن تشكيل هيكل على شكل كوب مكدسة. اعتمادا على التركيب الكيميائي للالسلائف وظروف النمو الأخرى،…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل جائزة شهادة NSF رقم 0954345.
Materials
| Reagent Name | Company | Catalogue Number | Comment |
| Reagents | |||
| H2 | Valley National Gases | Grade 5.0 | |
| Ar | Valley National Gases | Grade 5.0 | |
| Ferrocene | Sigma-Aldrich | F408-500G | |
| Xylenes | Fisher Scientific | X5-500 | |
| Acetonitrile | EMD | AXO149-6 | |
| H2SO4 | Fisher Scientific | A300-500 | |
| HNO3 | EMD | NX0409-2 | |
| DMF | Fisher Scientific | D119-500 | |
| Ethanol | Decon | 2716 | |
| Phenol | Sigma-Aldrich | P1037-100G | |
| Pyridine | EMD | PX2020-6 | |
| Hydridantin | Sigma-Aldrich | H2003-10G | |
| Ninhydrin | Alfa Aesar | 43846 | |
| HAuCl4 | Sigma-Aldrich | 52918-1G | |
| Sodium Citrate | SAFC | W302600 | |
| Equipment | |||
| CVD Furnace | Lindberg/Blue | ||
| TEM (low-resolution) | FEI Morgagni | ||
| TEM (high-resolution) | JOEL | 2100F | |
| Probe-tip Sonicator | Qsonica | XL-2000 | |
| UV-Vis Spectrometer | Perkin-Elmer | Lambda 900 | |
| Zeta Potential Analyzer | Brookheaven | ZetaPlus | |
| EDX spectroscopy | Phillips | XL30 FEG |
References
- Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. Chemistry of carbon nanotubes. Chem. Rev. 106 (3), 1105-1136 (2006).
- Hilder, T. A., Hill, J. M. Modeling the loading and unloading of drugs into nanotubes. Small. 5 (3), 300-308 (2009).
- Shvedova, A. A., Kisin, E. R., et al. Unusual inflammatory and fibrogenic pulmonary responses to single-walled carbon nanotubes in mice. American Journal of Physiology – Lung Cellular and Molecular Physiology. 289 (5), L698-L708 (2005).
- Jia, G., Wang, H., et al. Cytotoxicity of carbon nanomaterials: Single-wall nanotube, multi-wall nanotube, and fullerene. Environmental Science & Technology. 39 (5), 1378-1383 (2005).
- Carrero-Sánchez, J. C., Elías, A. L., et al. Biocompatibility and toxicological studies of carbon nanotubes doped with nitrogen. Nano Lett. 6 (8), 1609-1616 (2006).
- Zhao, M. L., Li, D. J., et al. Differences in cytocompatibility and hemocompatibility between carbon nanotubes and nitrogen-doped carbon nanotubes. Carbon. 49 (9), 3125-3133 (2011).
- Allen, B. L., Kichambare, P. D., Star, A. Synthesis, characterization, and manipulation of nitrogen-doped carbon nanotube cups. ACS Nano. 2 (9), 1914-1920 (2008).
- Zhao, Y., Tang, Y., Chen, Y., Star, A. Corking carbon nanotube cups with gold nanoparticles. ACS Nano. 6 (8), 6912-6921 (2012).
- Stephan, O., Ajayan, P. M., et al. Doping graphitic and carbon nanotube structures with boron and nitrogen. Science. 266 (5191), 1683-1685 (1994).
- Suenaga, K., Johansson, M. P., et al. Carbon nitride nanotubulite – densely-packed and well-aligned tubular nanostructures. Chem. Phys. Lett. 300 (5-6), 695-700 (1999).
- Chen, H., Yang, Y., et al. Synergism of C5N six-membered ring and vapor-liquid-solid growth of CNx nanotubes with pyridine precursor. J. Phys. Chem. B. 110 (33), 16422-16427 (2006).
- Allen, B. L., Keddie, M. B., Star, A. Controlling the volumetric parameters of nitrogen-doped carbon nanotube cups. Nanoscale. 2 (7), 1105-1108 (2010).
- Liu, J., Rinzler, A. G., et al. Fullerene pipes. Science. 280 (5367), 1253-1256 (1998).
- Zhao, Y., Allen, B. L., Star, A. Enzymatic degradation of multiwalled carbon nanotubes. J. Phys. Chem. A. 115 (34), 9536-9544 (2011).
- Wang, Y., Bai, X. High-yield preparation of individual nitrogen-containing carbon nanobells. Mater. Lett. 63 (2), 206-208 (2009).
- Heller, D. A., Mayrhofer, R. M., et al. Concomitant length and diameter separation of single-walled carbon nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 126 (44), 14567-14573 (2004).
- Allen, B. L., Shade, C. M., Yingling, A. M., Petoud, S., Star, A. Graphitic nanocapsules. Adv. Mater. 21 (46), 4692-4695 (2009).
- Wang, Z., Shirley, M. D., Meikle, S. T., Whitby, R. L. D., Mikhalovsky, S. V. The surface acidity of acid oxidised multi-walled carbon nanotubes and the influence of in-situ generated fulvic acids on their stability in aqueous dispersions. Carbon. 47 (1), 73-79 (2009).
- Liu, H., Zhang, Y., et al. Structural and morphological control of aligned nitrogen-doped carbon nanotubes. Carbon. 48 (5), 1498-1507 (2010).
- Mandumpal, J., Gemming, S., Seifert, G. Curvature effects of nitrogen on graphitic sheets: structures and energetics. Chem. Phys. Lett. 447 (1-3), 115-120 (2007).
