Synthese en functionalisering van stikstof-gedoteerde koolstof nanobuis Kopjes met Gold Nanodeeltjes als Cork Stoppers

Met hun aangeboren holtes en scheikunde veelzijdig oppervlak, holle koolstof gebaseerde nanomaterialen, zoals koolstof nanotubes (CNT), worden beschouwd als een goede nanocarriers in drug delivery applicaties. ^1,2 Maar de vezelstructuur van ongerepte CNT heeft nogal ontoegankelijk hol inrichting en kan ernstige ontstekingsreactie en cytotoxische effecten in biologische systemen. ^3,4 stikstof gedoteerde CNTs, anderzijds, is gevonden dat hogere biocompatibiliteit dan gedoteerde meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNTs) ^5,6 bezitten en kunnen beter geneesmiddel zijn leverbetrouwbaarheid. Doping stikstofatomen in de nanobuis grafiet roosters resulteert in een gecompartimenteerde holle structuur die lijkt gestapelde cups die gescheiden kunnen worden naar individuele stikstof gedoteerde koolstof nanobuis cups (NCNCs) verkrijgen met typische lengte kleiner dan 200 nm. ^7,8 Met de bereikbare inrichting en stikstof functionaliteiten die het mogelijk maken voor verdere chemischefunctionalisering, deze individuele grafiet bekers zijn zeer voordelig voor drug delivery applicaties.

Tussen verschillende synthetische methoden voor stikstof-gedoteerde CNT waaronder arc-ontlading ⁹ en dc-magnetron sputteren, ¹⁰ chemical vapor deposition (CVD) is de meest voorkomende methode te wijten aan een aantal voordelen, zoals een hogere opbrengst en makkelijker controle over nanobuis groei-omstandigheden. De damp-vloeistof-vaste stof (VLS) groeimechanisme wordt algemeen gebruikt om de groei CVD proces stikstof gedoteerde CNTs begrijpen. ¹¹ algemeen zijn er twee verschillende stelsels metaalkatalysator zaden gebruikt in de groei. In de "fixed-bed"-regeling, werden ijzeren nanodeeltjes met gedefinieerde maten eerst gesynthetiseerd door thermische ontleding van ijzerpentacarbonyl en daarna uitgeplaat op kwarts dia's door middel van spin-coating voor verdere groei CVD. ¹² In de "zwevende katalysator"-regeling, ijzerkatalysator (meestal ferroceen) werd gemengd en geïnjecteerd met koolstof en nitrogen voorlopers, en de thermische ontleding van ferroceen voorzien in situ generatie van ijzer katalytische nanodeeltjes waarop de koolstof en stikstof voorlopers werden afgezet. Terwijl vast bed katalysator zorgt voor een betere grootte controle over de resulterende NCNCs, de opbrengst van het product is meestal lager (<1 mg) in vergelijking met de drijvende katalysator regeling (> 5 mg) voor hetzelfde voorloper bedrag en groeitijd. Zoals de drijvende katalysator regeling voorziet ook redelijk uniforme grootte distributie van NCNCs, werd in dit document zijn vastgesteld voor CVD synthese van NCNCs.

CVD-methode biedt als-gesynthetiseerde NCNCs die fibrillen morfologie bestaat uit vele gestapelde kopjes vertonen. Hoewel er geen chemische binding tussen naburige cups, ⁸ uitdagingen in effectieve isolatie van de afzonderlijke bekers omdat zij stevig ingebracht in elkaars holten bezit van verschillende niet-covalente interacties en een buitenlaag van amorfe koolstof. ⁸ AtteMPTS de gestapelde cups scheiden zowel chemische en fysische methoden. Terwijl oxidatiebehandelingen in een mengsel van sterke zuren een typische procedure CNTs snijden en zuurstof voeren functionaliteiten ^13,14 kan ook worden toegepast op NCNCs snijden in kortere secties. Microgolf plasma etsen procedures zijn ook gebleken om de NCNCs scheiden. ¹⁵ Vergeleken met de chemische benaderingen, fysische scheiding eenvoudiger. Onze eerdere studie toonde aan dat door simpelweg het malen met een vijzel en stamper individuele NCNCs gedeeltelijk kan worden geïsoleerd uit hun gestapelde structuur. ⁷ Bovendien, high-intensity probe-tip sonicatie, die werd gemeld om effectief te snijden single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) , ¹⁶ werd ook aangetoond dat een significant effect op de scheiding van NCNCs hebben. ⁸ De probe-tip ultrasoonapparaat levert hoge-intensiteit ultrasoon vermogen om de NCNC oplossing die in wezen "shakes" de gestapelde kopjes en verstoort de zwakke intraoperatieveegen dat de koppen bij elkaar te houden. Terwijl andere potentiële scheidingsmethodes zijn ofwel inefficiënt of destructief voor de komconstructie, tastkogel ultrasoonapparaat levert een zeer effectieve, kostenefficiënte en minder destructieve fysieke scheidingswerkwijze individuele grafiet cups verkrijgen.

De gesynthetiseerde fibril NCNCs werden eerst behandeld in geconcentreerd H ₂ SO ₄ / _HNO3-mengsel voorafgaand aan de scheiding ervan met tastkogel sonicatie. De resulterende gescheiden NCNCs waren sterk hydrofiel en effectief gedispergeerd in water. We hebben eerder stikstof functionaliteiten zoals amine-groepen geïdentificeerd op NCNCs en benut hun chemische reactiviteit voor NCNCs functionalisatie. ^7,8,17 In vergelijking met onze eerder gemelde methode overkappen NCNCs met commerciële nanodeeltjes, ⁸ in dit werk, gouden nanodeeltjes (BNP) waren effectief verankerd aan het oppervlak van de cups met citraat vermindering van chloorgoudzuur. Dankzijde preferentiële verdeling van stikstof functionaliteiten op de open randen van NCNCs, de BNP gesynthetiseerd in situ van het goud voorlopers neiging om een betere interactie te hebben met de open velgen en vorm BNP "kurk" op de cups. Dergelijke synthese en functionalisering methoden hebben geleid tot een nieuwe BNP-NCNC hybride nanomateriaal voor potentiële toepassingen zoals drug delivery carriers.