Mångsidig teknik för att producera en hierarkisk design i nanoporöst guld

Ofta sett i naturen har hierarkiska porösa arkitekturer imiterats på nanoskala för att ändra materialens fysiska egenskaper för förbättrad prestanda¹. Sammankopplade strukturella element av olika längdskalor är ett kännetecken för den hierarkiska arkitekturen av porösa material². Delegerade nanoporösa metaller har typiskt unimodala porstorleksfördelningar; Därför har flera tekniker utformats för att producera hierarkiskt bimodala porösa strukturer med två separata porstorleksintervall³. De två grundläggande målen för materialdesignmetoden, nämligen den stora specifika ytan för funktionalisering och snabba transportvägar, som är distinkta och i sig står i konflikt med varandra, uppfylls av funktionella material som har strukturell hierarki ^4,5.

Den elektrokemiska sensorns prestanda bestäms av elektrodmorfologin, eftersom nanomatrisens porstorlek är avgörande för molekylär transport och infångning. Små porer har visat sig hjälpa till med målidentifiering i komplicerade prover, medan större porer förbättrar målmolekylens tillgänglighet, vilket ökar sensorns detektionsområde⁶. Den mallbaserade tillverkningen, galvanisering, bottom-up syntetisk kemi, tunnfilmsförstoftning⁷, komplexa flexibla matriser baserade på polydimetylsiloxanstöd⁸, legering av olika metaller följt av selektiv etsning av den mindre ädla metallen och elektrodeposition är några av de metoder som ofta används för att införa nanostrukturer i elektroden. En av de bästa metoderna för att skapa porösa strukturer är dealloyeringsproceduren. På grund av skillnaden i upplösningshastigheter påverkar offermetallen, som är den mindre ädelmetallen, signifikant elektrodens slutliga morfologi. Ett sammankopplat nätverk av porer och ligament är resultatet av den effektiva processen att skapa nanoporösa guldstrukturer (NPG), där den mindre ädla komponenten selektivt löser sig ur utgångslegeringen och de återstående atomerna omorganiserar och konsoliderar⁹.

Metoden för dealloying / plätering / återdelegering som användes av Ding och Erlebacher för att göra dessa nanostrukturer involverade först att utsätta prekursorlegeringen bestående av guld och silver för kemisk dealloying med salpetersyra, följt av uppvärmning vid en högre temperatur med en enda porstorleksfördelning för att skapa den övre hierarkiska nivån och ta bort det återstående silvret med en andra dealloying för att producera den lägre hierarkiska nivån. Denna metod var tillämplig på tunna filmer¹⁰. Att använda ternära legeringar, som består av två jämförelsevis mer reaktiva ädelmetaller som eroderas bort en i taget, rådgavs av Biener et al; Cu och Ag avlägsnades ursprungligen från Cu-Ag-Au-materialet och lämnade efter sig bimodalt strukturerade NPG-prover med låg densitet¹¹. Långväga beställda strukturer produceras inte genom de beskrivna förfarandena med användning av ternära legeringar. Större porer producerades genom att extrahera bort en av faserna av masterlegeringen av Al-Au anställd av Zhang et al., som producerade den bimodala strukturen med en minimal grad av ordning¹². En ordnad hierarkisk struktur har enligt uppgift skapats genom att kontrollera flera längdskalor, genom användning av bearbetningsvägar som inkluderar demontering av bulkmaterial och sätta ihop grundläggande komponenter till större strukturer. I detta fall gjordes en hierarkisk NPG-struktur via direkt bläckskrivning (DIW), legering och dealloying¹³.

Här presenteras en tvåstegs dealloyeringsmetod för tillverkning av en hierarkisk bimodal nanoporös guldstruktur (hb-NPG) som använder olika Au-Ag-legeringskompositioner. Mängden reaktivt element under vilket avlegeringen stannar är i teorin avskiljningsgränsen. Ytdiffusionskinetiken påverkas något av avstickningsgränsen eller avlegeringströskeln, som typiskt är mellan 50 och 60 atomprocent för elektrolytisk upplösning av den mer reaktiva komponenten från en binär legering. En stor atomfraktion av Ag i Au:Ag-legeringen är nödvändig för en framgångsrik syntes av hb-NPG, eftersom både de elektrokemiska och kemiska avlegeringsprocesserna inte kan slutföras framgångsrikt vid låga koncentrationer nära avskiljningsgränsen¹⁴.

Fördelen med denna metod är att strukturen och porstorleken kan kontrolleras tätt. Varje steg i protokollet är avgörande för att finjustera den typiska porositetslängdskalan och det typiska avståndet mellan ligament¹⁵. För att reglera hastigheten för jongränsskiktsdiffusion och upplösning kalibreras den applicerade spänningen noggrant. För att förhindra sprickbildning under dealloying kontrolleras Ag-upplösningshastigheten.

1. Konstruera en beläggning av nanoporöst guld med hierarkisk bimodal arkitektur på guldtrådar - Legering

1. Montera en elektrokemisk cell i en 5 ml bägare. Använd ett teflonbaserat lock med tre hål för att innehålla treelektrodinställningen.
   Teflon är ett populärt material för att göra lock, eftersom det inte reagerar med andra kemikalier.
2. Placera en platinatrådsmotelektrod, en Ag/AgCl (mättad KCl) referenselektrod och en guldtråd med en diameter på 0,2 mm och en längd på 5,0 mm som fungerar som en arbetselektrod (se Materialtabell) bekvämt i varje hål på locket. Håll ett avstånd på 0,7 cm mellan arbetselektroden och motelektroden.
   OBS: Trådens längd är 1 cm, och efter klippning av alligatorklämman är den exponerade delen som går in i lösningen 0,5 cm. Den återstående delen täcks med polytetrafluoretylentejp (se materialförteckning). Denna längd mäts exakt med hjälp av en skala varje gång experimentet utförs. Guldtråden rengörs i flera steg innan den används i studien; Den nedsänktes först i koncentrerad salpetersyra, sköljdes sedan och doppades i piranha-lösning och nedsänktes slutligen i natriumborhydrid. Dessa starka reagens hjälper till att eliminera eventuella föroreningar som kan fästa vid tråden.
3. Bered en 50 mM lösning vardera av K[Ag(CN)2] och K[Au(CN)₂] (se materialtabell) i vatten. Tillsätt 0,5 ml K[Au(CN)2]-lösning och 4,5 ml K[Ag(CN)₂]-saltlösning i 5 ml-bägaren.
   VARNING: Var försiktig vid hantering och kassering av cyanidsalter. Använd skyddshandskar, lämpliga kläder, andningsskydd och ögonskydd när du hanterar det och arbeta i dragskåp. Cyanidsaltlösningar måste samlas in efter att försöket är över och placeras i en separat, tydligt märkt avfallsbehållare. Vid kontakt med syror frigörs farliga ångor. För att bevara jonmobiliteten tillsätts 0,25 M_Na2CO3till stammen 40 mM lösningar av var och en av de två salterna.
4. Blanda lösningen noggrant genom att sätta in en magnetisk omrörarstång i den elektrokemiska cellen vid en konstant omrörningshastighet på 300 rpm.
   OBS: Kontrollera att omrörarstången är ren. Aqua regia kan användas för att rengöra det om det finns föroreningar.
5. Cirkulera argongas genom lösningen med en 1/32 tum (tum) innerdiameter, 5/32 i ytterdiameter och 1/16 i silikonrör med väggtjocklek (se materialförteckning), gå in i den elektrokemiska cellen för att ta ut eventuellt upplöst syre i elektrolytlösningen.
   OBS: Läckaget i installationen undviks genom att göra det tillräckligt tätt.
6. Anslut potentiostaten med hjälp av alligatorklämmor som klipps till lämpliga elektroder när den elektrokemiska cellen är helt monterad.
   OBS: Det är bäst att märka klämmorna med namnet på elektroden de kommer att fästas på för att undvika förvirring.
7. Använd programvaran (PowerSuite; se materialförteckning) för att utföra elektrodeposition med hjälp av kronoamperometri efter att ha slagit på potentiostaten. Konfigurera programvaran med önskade parametrar. För 600 s är potentialen tidsbestämd med ett fast värde på -1,0 V¹⁵.
   Låt uppstartsprocessen avslutas på egen hand innan du anger parametrarna. Kompletterande fil 1 visar skärmdumpar för användning av denna specifika programvara.
8. Tryck på kör och välj extern cell för att slutföra legeringsavsättningen på arbetselektroden. En tjock vit beläggning ses i slutet av processen.
   OBS: Se till att anslutningarna är säkra och att lösningen rör om stadigt. Om allt fungerar som det ska, svänger strömmen mellan 300 och 400 μA.

2. Konstruera en beläggning av nanoporöst guld med hierarkisk bimodal arkitektur på guldtrådar - Dealloying

OBS: Denna fas av protokollet är baserad på partiell dealloying av de legerade trådarna.

1. Konfigurera den elektrokemiska cellen en gång till, som i föregående process (steg 1.2), där tre elektroder hålls 0,7 cm från varandra i en elektrolytlösning. Använd 4 ml 1 N salpetersyra som elektrolytlösning för partiell avlegering.
   OBS: Eftersom elektrolyten är utspädd tar den inte helt bort det mindre ädla elementet, som här är silver.
2. Låt omrörarstången gå för att jämnt cirkulera lösningen med en konstant hastighet av 300 rpm.
3. När den elektrokemiska cellen är inställd, fäst potentiostaten med hjälp av alligatorklämmor som klipps till rätt elektroder.
4. Använd kronoamperometriprogrammet en gång till, men den här gången väljer du en potential på 0,6 V för 600 s.
5. Tryck på kör och välj sedan extern cell för att avsluta dealloyingen av den avsatta legeringen på arbetselektroden.
   OBS: Trådens färg ändras till gråsvart efter detta steg.

3. Konstruera en beläggning av nanoporöst guld med hierarkisk bimodal arkitektur på guldtrådar - Annealing

1. Förvara de legerade trådarna i en injektionsflaska av glas inuti ugnen.
2. Håll temperaturen i ugnen på 600 °C i 3 timmar.
   OBS: Temperaturen och varaktigheten valdes baserat på optimeringsstudier, som visade att lägre temperaturer inte grova porerna, medan högre temperaturer och längre tid orsakade sprickor i strukturen.
3. Ta bort injektionsflaskan när proceduren är klar och ugnen är avstängd. Vänta tills injektionsflaskan svalnat till rumstemperatur.
   OBS: Den heta injektionsflaskan avlägsnas från ugnen med en tång.

4. Konstruera en beläggning av nanoporöst guld med hierarkisk bimodal arkitektur på guldtrådar - Dealloying

1. Sänk ned de delvis legerade glödgade trådarna i 4 ml koncentrerad salpetersyra.
   OBS: Vid överföring av koncentrerad syra till injektionsflaskan av glas som innehåller ledningarna, se till att en glaspipett används.
2. Lämna de delvis legerade glödgade trådarna i injektionsflaskan av glas som innehåller den starka salpetersyran i dragskåpet över natten.
   OBS: Avlegeringsperioden hölls vid 24 timmar för att möjliggöra fullständig avlegering.
3. Skapa hb-NPG-belagda ledningar följande dag (bild 1). Skölj dessa noggrant med avjoniserat vatten, följt av en etanolsköljning, innan de används i efterföljande studier. Efter torkning, använd ledningarna i experiment. En ny sats rena guldtrådar används varje gång för att förbereda hb-NPG.
   OBS: Varje steg i syntesen är avgörande för att komma fram till den bimodala strukturen. Om något av stegen hoppas över kommer endast en unimodal porstruktur att resultera.

5. hb-NPG-karakterisering

1. Beredning av svepelektronmikroskop (SEM)
   1. Se till att använda en ren aluminiumstub som bas för provberedning för SEM-avbildning.
      OBS: Stubbarna rengörs med utspädd salpetersyra, sköljs med etanol, torkas och förvaras i en paraffinfilmtäckt behållare innan de används igen.
   2. Placera en nyklippt bit koltejp över aluminiumstubbens plana bas.
   3. Skär små bitar av hb-NPG-belagd tråd med hjälp av pincett och fäst dem på koltejpen.
      OBS: Se till att tråden försiktigt greppas med pincett för att förhindra att beläggningen lossnar.
   4. Ordna de skurna bitarna horisontellt för att avslöja deras morfologi under en SEM (se materialförteckning); bitar arrangerade vertikalt kan avslöja tjockleken på materialet som deponeras på guldtråden (figur 2).
      OBS: Om elektroden har någon fukt kommer kammaren att bli förorenad, vilket resulterar i dimmiga bilder. Placera därför elektroden i vakuum över natten innan du utför SEM-avbildning.
2. SEM-kammare inrättad
   1. Ventilera kammaren med alternativet "ventilera" från programvaran "XT-mikroskop" för att enkelt öppna kammardörren.
      OBS: Programvaran "XT mikroskop" levereras med SEM-systemet. Kammaren måste först ventileras helt innan dörren kan öppnas smidigt, vilket vanligtvis tar 3-5 minuter. Vid tillsats måste kvävgascylinderns tryck vara under 5 psi. Kompletterande fil 1 visar skärmdumpar för användning av denna specifika programvara.
   2. Med hjälp av en speciell pincetts böjda front, ta ett fast grepp om den cirkulära aluminiumstubben, sätt in det rena provet som tidigare placerades på stubben i kammaren och placera det på provsteget.
      OBS: Se till att scenen är ren; Om det finns några spill, sedan av dem med aceton och en luddfri servett (se Materialförteckning).
   3. Välj alternativet "pump" efter att provet har placerats inuti kammaren för att skapa en vakuumliknande miljö.
      OBS: Det tar cirka 3 minuter att pumpa kammaren. Innan strålen slås på måste användaren vänta på att pumpningen är klar.
   4. Använd navigationskameran och klicka på realtidsbilden för att observera provets exakta plats.
3. Avbilda provet
   1. Slå på strålen från början för att ta en bild av provet.
      OBS: Innan du slår på strålen, se till att systemet är dammsuget.
   2. Om du vill flytta exempelbilden från navigeringskamerans insamlade bild till mitten av skärmen och skärpa skärpan dubbelklickar du på den.
   3. Se till att bilderna produceras med hjälp av bildbehandling med kompatibel programvara och Everhart-Thornley-detektorn (ETD). Optimering av spotstorlek, skanningshastighet och potential är nödvändig.
      OBS: Att börja med lägre potential och spotstorlek innan du flyttar upp är alltid lovande.
   4. Justera stegavståndet från strålkällan till 10 mm.
      OBS: För att exakt mäta avståndet mellan scenen och källan; systemet måste vara fokuserat och anslutet till Z-axeln.
   5. Om du vill lära dig mer om arkitekturen som finns i en lägre skala ökar du förstoringen efter att ha fått en fokuserad bild vid den lägre förstoringen (bild 3).
      OBS: Varje nivå av förstoringsökningen kräver fokus.
4. SEM och energidispersiv spektroskopi (EDS) för provets elementära sammansättning
   1. Genom att välja färg-SEM-alternativet i programvaran bestämmer du materialets elementära smink (figur 4). Den tilldelar automatiskt olika färger till provets olika element. Det är dock också möjligt att välja färger och element manuellt.
      OBS: Det är viktigt att undersöka analysdiagrammet för elementsammansättning och atomprocenten för elementen för att utesluta val som har en atomprocent på 0.
   2. Genom att sätta in EDS-detektorn, utsätt provet som studeras för energidispersiv röntgenspektroskopi. Använd 15 kV potential och en spotstorlek på 12 för att samla in EDS-data.
      OBS: Efter att ha tryckt på infogningsknappen visar skärmen detektorn som sätts in i realtid.
   3. Kontrollera att programmet gör det möjligt att skapa små rutor för att välja diskreta områden på provbildskärmen för att samla in information om elementkompositionen.
      OBS: För korrekt statistik måste det finnas mellan 50 och 100 000 räkningar. Panelen visar den övergripande statusen för de insamlade uppgifterna. Vid avslutningen produceras en rapport.

6. Cyklisk voltametri (CV) för elektrokemiskt aktiv yta

1. Utför guldoxidstrippningsmetoden, vilket innebär att man manuellt ställer in en elektrokemisk cell med referenselektroden, motelektroden och arbetselektroden nedsänkt i en elektrolyt.
   OBS: För den aktuella studien fungerar Pt-tråd som motelektrod, hb-NPG är arbetselektroden och Ag / AgCl fungerar som referenselektrod. Svavelsyra, 0,5 N, fungerar som elektrolyt. Rengöring av referens- och räknarelektroderna i utspädd salpetersyra före användning rekommenderas. Undvik dessutom att återanvända elektrolyten.
2. När anslutningarna har gjorts till potentiostaten väljer du CV-alternativet från programmet och konfigurerar parametrarna. Fixera potentialområdet från -0,2-1,6 V (figur 5) och tillbaka till -0,2 V (jämfört med Ag/AgCl) tillsammans med en skanningshastighet på 100 mV/s.
   OBS: Ingen omrörning krävs.
3. Klicka på körknappen för att utföra den cykliska skanningen. Se till att omvänd skanning avslöjar en märkbar topp. Använd den rapporterade omvandlingsfaktorn 400 μC ^cm-2, integrera laddningen under toppen som kommer från reduktionen av guldoxidmonoskiktet för att bestämma den elektrokemiska ytan på hb-NPG-tråden.
   OBS: Tangenten måste dras korrekt för att integrera laddningen under toppen korrekt.
4. Utför en identisk uppsättning experiment på kemiskt delegerad tråd och efter att ha kombinerat kemisk och elektrokemisk dealloying på Au: Ag (10: 90) legerad tråd, för att förstå den avgörande betydelsen av dubbla avlegeringsprocedurer.

7. Lösningsutarmningsteknik för att studera proteinbelastning

1. För att studera realtidsbelastningen av proteinmolekyler på hb-NPG-ytan, använd en ultraviolett synlig (UV-vis) spektrofotometer (se materialtabell).
   OBS: I denna studie framställdes proteinlösningar av fetuin, bovint serumalbumin (BSA) och pepparrotsperoxidas (HRP) (se materialtabell) separat vid koncentrationer av 1 mg/ml, 0,5 mg/ml respektive 1 mg/ml i en 0,01 M (pH = 7,4) fosfatbuffrad saltlösning (PBS) buffert. Det är viktigt att välja en buffert och pH som upprätthåller proteinstabilitet.
2. Utför endast baslinjekorrigering med bufferten. Välj programvarans parametrar, inklusive våglängd, tid och hastighet, efter att korrigeringen har gjorts. Placera sedan 500 μL av proteinlösningen inuti kyvetten.
3. Se till att proteinövervakningen i realtid startar efter tillsats av hb-NPG i lösningen. Övervaka förändringen i absorbans efter varje minut i 120 minuter vid 280 nm efter att ha tryckt på startknappen (bild 6).

Ligamentstorleken och mellanrumsjusteringarna mellan ligamenten är av yttersta vikt för den tillverkade elektroden. Att skapa en struktur med dubbla porer genom att optimera Au/Ag-förhållandena är det första steget i denna studie, tillsammans med karakteriseringen med hjälp av ytmorfologi, grovhetsfaktor och lastkapacitet. Jämfört med konventionell NPG har den bimodala porstrukturen visat en högre elektrokemisk yta, grovhetsfaktor och proteinbelastningskapacitet¹⁵.

hb-NPG har visat ett öppet, länkat nätverk av ligament och porer efter kemisk delegering. Här indikeras större hål med en övre hierarki, och en lägre hierarki indikerar mindre porer. Figur 3 visar SEM-bilder av elektroden med en hierarkisk bimodal struktur. Figur 4 illustrerar färgkodad elementmappning för varje steg i skapandet av hb-NPG, med röd och gul beteckning silver respektive guld. SEM: s förmåga att tilldela distinkta färger till olika sektioner är en användbar funktion i instrumentet.

Andelen elektrokemiskt aktiv yta (ECSA) i förhållande till den geometriska ytan ger en ytjämnhetsfaktor för varje elektrod. Med hjälp av laddningen under guldoxidreduktionstoppen användes CV för att bedöma ECSA, och 7,64 cm² upptäcks vara hb-NPG ECSA¹⁵.

Figur 1: Hierarkisk bimodal elektrod (hb-NPG) efter tillverkningsprocessen i flera steg. HB-NPG-beläggningen på guldtråden efter slutförandet av legering-dealloying-glödgning-dealloying visas här. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 2: Provberedning för SEM. Elektroder är monterade på kolband som placeras på aluminiumstubbar. Provet laddas sedan in i bildkammaren. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 3: SEM-mikrograf som visar den bimodala strukturen bestående av större och mindre porstorlekar. Bilderna tas med 15 kV och en spotstorlek på 10. (A) Övre hierarki i form av större porer vid 20 000x (skalstång: 5 μm). (B) Lägre hierarki som visar nanoporer med en högre förstoring på 80 000x (skalstapel: 2 μm). Denna figur har reproducerats med tillstånd från Sondhi et ^al.15. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 4: SEM-mikrografer som visar den färgkodade elementmappningen som gjorts efter varje tillverkningssteg. SEM för följande strukturer med färgkodade element (Au, gul; och Ag, röd): (A) Au_{10: Ag 90-legering}, (B) elektrokemiskt delegerad, (C) glödgad, (D) hierarkisk nanoporös struktur efter det sista kemiska legeringssteget. Au x: Ag_100-x står för legeringen av guld och silver, där_x är atomprocenten guld i legeringen. Denna figur har reproducerats med tillstånd från Sondhi et ^al.15. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 5: Cykliska voltammogram som jämför elektrodernas elektroaktiva yta. Kurvan som visas som en insats (blå) visar CV för legeringen Au₁₀: Ag₉₀ . Strukturen som skapas via kemisk avlegering visar en liten guldoxidreduktion (röd kurva) topp. Den bimodala strukturen som innehåller kemisk och elektrokemisk delegering visar en mycket mer uttalad guldoxidreduktionstopp (grön), vilket indikerar en ökning av ytan. CV utfördes med hjälp av en potentiell skanning från -0,2-1,6 V. Denna figur har reproducerats med tillstånd från Sondhi et ^al.15. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 6: Diagram över absorbans kontra tid som visar proteinbelastning i realtid. Immobilisering i realtid av BSA, fetuin och HRP på NPG-elektroder avbildas i (A), (C) och (E), medan på hb-NPG avbildas i (B), (D) och (F). Förändring i absorbans och antalet immobiliserade molekyler övervakas under 120 min. Absorbans registrerades efter varje 60 s. Medelvärdet av de tre avläsningarna visas i diagrammet. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Kompletterande fil 1: Användarhandbok för enkel användning av två programvaror som används i tillverknings- och karakteriseringsprocessen för hb-NPG. Skärmdumpar som förklarar steg-för-steg-proceduren för att använda "PowerSuite" och "XT-mikroskop". Pilarna som används i flödesschemat pekar mot nästa steg i åtgärden. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Med hjälp av en flerstegsprocedur som involverar legering, partiell avlegering, värmebehandling och syraetsning demonstreras tillverkning hierarkiskt NPG med dubbla porer och en högre aktiv elektrokemisk yta.

Vid legering påverkar standardpotentialen hos metallprekursorer hur reaktiva de är under elektrodeposition. Au- och Ag-joner från flytande lösningar reduceras under elektrodeposition^16,17.

Följande halvcellsreaktioner¹⁷ visar den elektrokemiska upplösningen av guld- och silvercyanidsaltlösningar:

Au (CN)₂- + 1e^-

E⁰ = -1060 mV jämfört med SCE

Ag (CN)₃² - + 1e^-

E⁰ = -1198 mV jämfört med SCE

Följande parallella processer bestämmer mestadels hur silver oxideras av salpetersyra i dealloyeringssteg¹⁸.

4HNO 3 + 3Ag -> 3AgNO₃ + NEJ + 2H₂O

2HNO 3 + Ag -> AgNO₃ + NO 2 + H₂ O

Effekten av förändringar i processparametrarna på elektrodens elektrokemiska prestanda diskuteras väl. Det upptäcktes att en NPG-elektrod med en bimodal porstruktur, tillverkad av en guld- och silverlegering med en hög atomprocent silver och glödgad vid 600 ° C i 3 timmar, innehåller porer i dubbel storlek som möjliggör en större proteinbelastning än en konventionell elektrod med nanoporer. Jämfört med andra nanoporösa elektroder erbjuder strukturens sammankopplade nätverk också hög massöverföringseffektivitet, vilket förbättrar prestanda när det gäller aktivitet och känslighet¹⁵.

De sammankopplade ligamenten som förbinder de högaktiva, lågkoordinerade atomerna som gör den hierarkiska elektrodens övre hierarki har en dimension på 938 ± 285 nm. Elektrodens tillämpning inom katalysområdet förbättras av dimensionerna på ligamentet som den producerar. En ligamentbredd på 51 ± 5 nm, en egenskap hos lägre hierarkiska strukturer, förbättrar elektrodens förmåga att immobilisera bioaktiva föreningar. Materialet som skapas har stor potential för applikationer som katalys och avkänning, som behöver snabb detektion av större molekyler samt enkel passage för de större molekylerna¹⁵.

Elektrodernas stora yta och hierarkiska struktur påverkar proteinbelastningen. En större proteinbelastningskapacitet än konventionell NPG har visats för hb-NPG. Bimodal arkitektur ger en plattform för proteininteraktion, kommunikation med substratet och passage för det facila flödet av proteinmolekyler. Typen av material och dess morfologi påverkar hur många bioaktiva molekyler som kan laddas i en elektrod. På grund av hierarkin, som påskyndar bindningen av de flesta proteiner genom elektrostatiska och fysiska krafter, har hb-NPG en högre koncentration av immobiliserade proteiner¹⁵.

Även om utvecklingen av material med komplexa konstruktionskonstruktioner har gått framåt avsevärt finns det fortfarande vissa utmaningar. Kommersialisering kräver nya beredningstekniker med färre processer och billigare produktion. Framtida forskning som tar itu med frågan om massproduktion och noggrant analyserar in situ-utvecklingsprocessen av hierarkiska strukturer kommer att vara intressant att arbeta med.