एक पदानुक्रमित और द्विमोडल छिद्र आकार वितरण के साथ नैनोपोरस सोने का उत्पादन इलेक्ट्रोकेमिकल और रासायनिक डीलॉयिंग के संयोजन से किया जा सकता है। मिश्र धातु की संरचना की निगरानी ईडीएस-एसईएम परीक्षा के माध्यम से की जा सकती है क्योंकि डीलॉयिंग प्रक्रिया आगे बढ़ती है। सामग्री पर प्रोटीन सोखना का अध्ययन करके सामग्री की लोडिंग क्षमता निर्धारित की जा सकती है।
बायोसेंसर, एक्ट्यूएटर, ड्रग लोडिंग और रिलीज के क्षेत्र में परिवर्तनीय छिद्र आकार, सरलीकृत सतह संशोधन, और वाणिज्यिक उपयोगों की चौड़ाई उत्पन्न करने की क्षमता और उत्प्रेरक के विकास ने निर्विवाद रूप से अनुसंधान और विकास में नैनोपोरस गोल्ड (एनपीजी) आधारित नैनोमटेरियल्स के उपयोग को तेज कर दिया है। यह लेख मैक्रो- और मेसोपोर्स दोनों बनाने के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल मिश्र धातु, रासायनिक डीलॉयिंग तकनीकों और एनीलिंग से जुड़ी चरण-वार प्रक्रिया को नियोजित करके पदानुक्रमित बाइमोडल नैनोपोरस गोल्ड (एचबी-एनपीजी) की पीढ़ी की प्रक्रिया का वर्णन करता है। यह एक द्वि-निरंतर ठोस / शून्य आकृति विज्ञान बनाकर एनपीजी की उपयोगिता में सुधार करने के लिए किया जाता है। सतह संशोधन के लिए उपलब्ध क्षेत्र छोटे छिद्रों द्वारा बढ़ाया जाता है, जबकि आणविक परिवहन बड़े छिद्रों के नेटवर्क से लाभ उठाता है। बाइमोडल आर्किटेक्चर, जो निर्माण चरणों की एक श्रृंखला का परिणाम है, को स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) का उपयोग करके छिद्रों के नेटवर्क के रूप में देखा जाता है जो आकार में 100 एनएम से कम होते हैं और स्नायुबंधन द्वारा बड़े छिद्रों से जुड़े होते हैं जो आकार में कई सौ नैनोमीटर होते हैं। एचबी-एनपीजी के इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से सक्रिय सतह क्षेत्र का मूल्यांकन चक्रीय वोल्टामेट्री (सीवी) का उपयोग करके किया जाता है, जिसमें महत्वपूर्ण भूमिकाओं पर ध्यान केंद्रित किया जाता है जो आवश्यक संरचना बनाने में डीलॉयिंग और एनीलिंग दोनों निभाते हैं। विभिन्न प्रोटीनों के सोखना को समाधान रिक्तीकरण तकनीक द्वारा मापा जाता है, जो प्रोटीन लोडिंग के मामले में एचबी-एनपीजी के बेहतर प्रदर्शन का खुलासा करता है। सतह क्षेत्र को मात्रा अनुपात में बदलकर, बनाया गया एचबी-एनपीजी इलेक्ट्रोड बायोसेंसर विकास के लिए जबरदस्त क्षमता प्रदान करता है। पांडुलिपि एचबी-एनपीजी सतह संरचनाओं को बनाने के लिए एक स्केलेबल विधि पर चर्चा करती है, क्योंकि वे छोटे अणुओं के स्थिरीकरण के लिए एक बड़ा सतह क्षेत्र प्रदान करते हैं और तेजी से प्रतिक्रियाओं के लिए बेहतर परिवहन मार्ग प्रदान करते हैं।
अक्सर प्रकृति में देखा जाता है, बेहतर प्रदर्शन के लिए सामग्री की भौतिक विशेषताओं को बदलने के लिए नैनोस्केल पर पदानुक्रमित छिद्रपूर्ण आर्किटेक्चर की नकल की गईहै। लंबाई के विभिन्न पैमानों के परस्पर जुड़े संरचनात्मक तत्व छिद्रपूर्ण सामग्री की पदानुक्रमित वास्तुकला की विशेषता हैं। डीलोयड नैनोपोरस धातुओं में आमतौर पर यूनिमोडल पोर आकार वितरण होता है; इसलिए, दो अलग-अलग छिद्रआकार श्रेणियों के साथ पदानुक्रमित रूप से द्विमोडल छिद्रपूर्ण संरचनाओं का उत्पादन करने के लिए कई तकनीकों को तैयार किया गया है। सामग्री डिजाइन दृष्टिकोण के दो मूलभूत उद्देश्य, अर्थात् कार्यात्मकता और तेजी से परिवहन मार्गों के लिए बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र, जो एक दूसरे के साथ अलग और स्वाभाविक रूप से संघर्ष में हैं, संरचनात्मक पदानुक्रम 4,5 रखने वाली कार्यात्मक सामग्रियों द्वारा पूरा किया जाता है।
इलेक्ट्रोकेमिकल सेंसर का प्रदर्शन इलेक्ट्रोड आकृति विज्ञान द्वारा निर्धारित किया जाता है, क्योंकि आणविक परिवहन और कैप्चर के लिए नैनोमैट्रिक्स का छिद्र आकार महत्वपूर्ण है। छोटे छिद्र जटिल नमूनों में लक्ष्य पहचान में सहायता के लिए पाए गए हैं, जबकि बड़े छिद्र लक्ष्य अणु की पहुंच को बढ़ाते हैं, जिससे सेंसर की पहचान सीमा6 बढ़ जाती है। टेम्प्लेट-आधारित निर्माण, इलेक्ट्रोप्लेटिंग, बॉटम-अप सिंथेटिक रसायन विज्ञान, पतली फिल्म स्पटरिंग जमाव7, पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन सपोर्ट8 पर आधारित जटिल लचीले मैट्रिसेस, विभिन्न धातुओं की मिश्र धातु के बाद कम महान धातु की चयनात्मक नक्काशी, और इलेक्ट्रोडपोजिशन कुछ ऐसे तरीके हैं जिनका उपयोग अक्सर इलेक्ट्रोड में नैनोस्ट्रक्चर पेश करने के लिए किया जाता है। छिद्रपूर्ण संरचनाओं को बनाने के लिए सबसे अच्छे तरीकों में से एक डीलॉयिंग प्रक्रिया है। विघटन दर में असमानता के कारण, बलिदान धातु, जो कम महान धातु है, इलेक्ट्रोड की अंतिम आकृति विज्ञान को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है। छिद्रों और स्नायुबंधन का एक परस्पर नेटवर्क नैनोपोरस गोल्ड (एनपीजी) संरचनाओं को बनाने की प्रभावी प्रक्रिया से उत्पन्न होता है, जिसमें कम महान घटक चुनिंदा रूप से शुरुआती मिश्र धातु से बाहर घुल जाता है, और शेष परमाणु पुनर्गठित और समेकितहोते हैं।
इन नैनोस्ट्रक्चर को बनाने के लिए डिंग और एर्लेबेकर द्वारा उपयोग की जाने वाली डीलॉयिंग/प्लेटिंग/री-डीलॉयिंग की विधि में पहले नाइट्रिक एसिड का उपयोग करके सोने और चांदी से बने अग्रदूत मिश्र धातु को रासायनिक डीलॉयिंग के अधीन करना शामिल था, इसके बाद ऊपरी पदानुक्रमित स्तर बनाने के लिए एकल छिद्र आकार वितरण के साथ उच्च तापमान पर गर्म करना, और निचले पदानुक्रमित स्तर का उत्पादन करने के लिए दूसरे डीलॉयिंग का उपयोग करके शेष चांदी को हटाना शामिल था। यह विधि पतली फिल्मों10 पर लागू थी। त्रिआधारी मिश्र धातुओं का उपयोग करना, जिसमें दो तुलनात्मक रूप से अधिक प्रतिक्रियाशील महान धातुएं शामिल हैं जो एक समय में एक-एक मिट जाती हैं, को बिएनर एट अल द्वारा सलाह दी गई थी; सीयू और एजी को शुरू में क्यू-एजी-एयू सामग्री से हटा दिया गया था, जो बाइमोडल रूप से संरचित, कम घनत्व वाले एनपीजी नमूने11 को पीछे छोड़ देता था। लंबी दूरी की आदेशित संरचनाओं का उत्पादन त्रिआधारी मिश्र धातुओं का उपयोग करके उल्लिखित प्रक्रियाओं द्वारा नहीं किया जाता है। झांग एट अल द्वारा नियोजित अल-एयू के मास्टर मिश्र धातु के चरणों में से एक को निकालकर बड़े छिद्रों का उत्पादन किया गया था, जिसने ऑर्डर12 की न्यूनतम डिग्री के साथ बाइमोडल संरचना का उत्पादन किया था। प्रसंस्करण मार्गों के उपयोग के माध्यम से कई लंबाई तराजू को नियंत्रित करके एक क्रमबद्ध पदानुक्रमित संरचना बनाई गई है, जिसमें थोक सामग्री को अलग करना और बुनियादी घटकों को बड़ी संरचनाओं में एक साथ रखना शामिल है। इस मामले में, एक पदानुक्रमित एनपीजी संरचना प्रत्यक्ष स्याही लेखन (डीआईडब्ल्यू), मिश्र धातु और डीलॉयिंग13 के माध्यम से बनाई गई थी।
यहां, विभिन्न एयू-एजी मिश्र धातु रचनाओं को नियोजित करने वाले एक पदानुक्रमित बाइमोडल नैनोपोरस गोल्ड (एचबी-एनपीजी) संरचना को बनाने के लिए दो-चरणीय डीलॉयिंग विधि प्रस्तुत की गई है। प्रतिक्रियाशील तत्व की मात्रा जिसके नीचे डीलॉयइंग रुक जाती है, सिद्धांत रूप में, पार्टिंग सीमा है। सतह प्रसार कैनेटीक्स पार्टिंग सीमा या डीलॉयिंग सीमा से थोड़ा प्रभावित होता है, जो आमतौर पर बाइनरी मिश्र धातु से अधिक प्रतिक्रियाशील घटक के इलेक्ट्रोलाइटिक विघटन के लिए 50 और 60 परमाणु प्रतिशत के बीच होता है। एयू: एजी मिश्र धातु में एजी का एक बड़ा परमाणु अंश एचबी-एनपीजी के सफल संश्लेषण के लिए आवश्यक है, क्योंकि इलेक्ट्रोकेमिकल और रासायनिक डीलॉयिंग प्रक्रियाओं दोनों को पार्टिंग सीमा14 के पास कम सांद्रता पर सफलतापूर्वक पूरा नहीं किया जा सकता है।
इस विधि का लाभ यह है कि संरचना और छिद्र आकार को कसकर नियंत्रित किया जा सकता है। प्रोटोकॉल में प्रत्येक चरण विशिष्ट छिद्र लंबाई पैमाने और स्नायुबंधन15 के बीच विशिष्ट दूरी को ठीक करने के लिए महत्वपूर्ण है। आयन इंटरफेशियल प्रसार और विघटन की दर को विनियमित करने के लिए, लागू वोल्टेज को सावधानीपूर्वक कैलिब्रेट किया जाता है। डीलॉयिंग के दौरान क्रैकिंग को रोकने के लिए, एजी विघटन दर को नियंत्रित किया जाता है।
मिश्र धातु, आंशिक डीलॉयिंग, थर्मल उपचार और एसिड नक़्क़ाशी से जुड़ी एक मल्टीस्टेप प्रक्रिया का उपयोग करते हुए, दोहरे आकार के छिद्रों और एक उच्च सक्रिय इलेक्ट्रोकेमिकल सतह क्षेत्र के साथ पदानुक्रमित ए?…
The authors have nothing to disclose.
इस काम को NIGMS (GM111835) से एक पुरस्कार द्वारा समर्थित किया गया था।
Argon gas compressed | Fisher Scientific Compay | ||
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | A9418 | > 98% purity |
Counter electrode (Platinum wire) | Alfa Aesar | 43288-BU | 0.5 mm diameter |
Digital Lab furnace | Barnstead Thermolyne 47,900 | F47915 | used for annealing at high temperatures |
Digital Potentiostat/galvanostat | EG&G Princeton Applied Research | 273A | PowerPULSE software |
Ethanol | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | CAS-64-17-5 | HPLC/spectrophotometric grade |
Fetuin from fetal calf serum | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | F2379 | lyophilized powder |
Gold wire roll | Electron Microscopy Sciences (Fort Washington, PA) | 73100 | 0.2 mm diameter, 10 ft, 99.9% |
Hydrochloric acid | Fisher Chemical | A144C-212 | 36.5-38% |
Hydrogen peroxide | Fisher Scientific (Pittsburg, PA) | CAS-7732-18-5 | 30% |
Kimwipes | KIMTECH Science brand, Kimberly-Clark professional | 34120 | 4.4 x 8.2 in |
Nitric acid | Fisher Scientific (Pittsburg, PA) | A2008-212 | trace metal grade |
Parafilm | Bemis PM996 | 13-374-10 | 4 IN. x 125 FT. |
Peroxidase from horseradish (HRP) | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 9003-99-0 | |
PharMed silicone tubing | Norton | AY242606 | 1/32" Inner Diameter, 5/32" Outer Diameter, 1/16" Wall Thickness, 25' Length |
Potassium dicyanoargentate | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 379166 | 99.96%, 10 G |
Potassium dicyanoaurate | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 389867 | 99.98%, 1 G |
PowerSuite software | EG&G Princeton Applied Research | comes with the instrument | |
PTFE tape | Fisherbrand | 15-078-261 | 1" wide 600" long |
Reference electrode (Ag/AgCl) | Princeton Applied Research | K0265 | |
Scanning Electron Microscopy (SEM) Apreo 2C | ThermoFisher scientific | APREO 2 SEM | equipped with Color SEM technology |
Simplicity UV system | Millipore corporation, Boston, MA, USA | SIMSV00WW | for generating Milli-Q water(18.2 MΩ cm at 25 °C) |
Sodium Borohydride | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 213462 | 100 G |
Sodium Carbonate | Sigma-Aldrich (St.Louis, MO) | 452882 | enzyme grade, >99%, 100 G |
Stir bar | Fisherbrand | 14-512-153 | 5 x 2 mm |
Sulphuric acid | Fisher Scientific (Pittsburg, PA) | A300C-212 | certified ACS plus |
Supracil quartz cuvette | Fisher Scientific (Pittsburg, PA) | 14-385-902C | 10 mm light path, volume capacity 1 mL |
UV-Visible Spectrophotometer | Varian Cary 50 |