Mantar Tıpa olarak Altın Nanopartiküller ile Azot-katkılı Karbon Nanotube Bardaklar sentezi ve fonksiyonlandırmalar
Summary
Biz kimyasal buhar biriktirme, asit oksidasyon ve prob ucu sonikasyon dahil olmak üzere bir dizi teknik kullanarak tek tek grafit nanocups sentezini ele. HAuCl sitrat indirgenmesiyle<sub> 4</sub>, Grafit nanocups altın bardak kimyasal reaktif kenarları nedeniyle nanopartiküller ile etkili sarhoş vardı.
Abstract
Azot-katkılı karbon nanotüpler azot katkılı karbon nanotüp bardak (NCNCs) olarak adlandırılan birçok kupa şekilli grafit bölümlerinde oluşur. Kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemi bu gibi-sentezlenmiş grafitli nanocups kovalent olmayan etkileşimler üzerinden sadece düzenlenen bir baş-kuyruk şekilde yığılmış. Bireysel NCNCs kimyasal ve fiziksel ayırma işlemleri bir dizi aracılığıyla istifleme yapısı dışında izole edilebilir. İlk olarak, olarak sentezlenmiş NCNCs grafit duvarlarda oksijen içeren bir kusur tanıtmak için kuvvetli asitlerin bir karışımı içinde oksitlenmiştir. Okside NCNCs sonra etkili tek tek grafit nanocups içine yığılmış NCNCs ayrılmış yüksek yoğunluklu prob-ucu sonikasyon kullanılarak işlendi. Sahip oldukları bol oksijen ve azot yüzey işlevleri, ayrı neden NCNCs derece hidrofobik olan ve etkili bir şekilde, tercihli olarak açılması uygun altın tanecikleri (Toplam GSMH'sı), fonksiyonalize edilebilirmantar tıpa gibi bardak. Toplam GSMH'sı kendinden sarhoş Bu grafitli nanocups nano ölçekli konteyner ve ilaç taşıyıcıları olarak umut verici uygulamaları bulabilirsiniz.
Introduction
Kendi doğal iç boşluklar ve çok yönlü bir yüzey kimyası, içi boş bir karbon-bazlı nano, örneğin, karbon nanotüpleri (CNT) gibi, ile ilaç verme uygulamalarında iyi nanocarriers olarak kabul edilir. 1,2 Ancak, bozulmamış CNTs fibril yapısı olan içi boş çok erişilemez iç ve ağır enflamatuar yanıtı ve biyolojik sistemlerde sitotoksik etkilere neden olabilir. 3,4 azot katkılı CNT, diğer taraftan, katkısız çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNTs) 5,6 daha yüksek biyo-uyumluluk sahip olduğu tespit edilmiştir ve daha iyi bir ilaç olabilir teslimat performansı. 7,8 onların erişilebilir iç ile. 200 nm altında tipik süresini bireysel azot katkılı karbon nanotüp bardak (NCNCs) elde etmek için dışarı ayrılabilir yığılmış bardak benzeyen bir kompartman içi boş yapıda nanotüp grafit örgüler sonuçlara nitrojen atomları doping ve Diğer kimyasal izin azot işlevlerifonksiyonlandırma, bu tek tek grafit kupa ilaç dağıtım uygulamaları için son derece avantajlıdır.
Ark deşarj 9 ve DC manyetik alanda sıçratma, 10 kimyasal buhar biriktirme dahil olmak üzere azot katkılı CNT için farklı sentetik yöntemler arasında (CVD) gibi daha yüksek verim ve nanotüp büyüme koşulları üzerinde daha kolay kontrol gibi çeşitli avantajları nedeniyle en yaygın yöntem olmuştur. Buhar-sıvı-katı (VLS) büyüme mekanizması yaygın azot katkılı CNT ve CVD büyüme süreci anlamak için kullanılır. Genellikle 11 büyüme metal katalizör tohum kullanmak için iki farklı planları vardır. "Sabit yatak" düzeni, tanımlanmış boyutları ile demir nanopartiküller ilk demir pentakarbonil'in termal ayrışma sentezlendi ve daha sonraki CVD büyüme için spin kaplama ile kuvars slaytlar üzerinde kaplama. "Yüzen katalizör" düzeni, demir katalizör (genellikle olarak 12 ferrosen) karıştırılmış ve karbon ve N ile birlikte enjekte edildiitrogen öncüleri, ve karbon ve azot öncüleri tevdi edildiği demir katalitik nanopartiküller in situ üretimi sağlanan Ferrocenenin termal ayrışma. Sabit-yatak katalizörü sonuçtaki NCNCs üzerinde daha iyi bir kontrol sağlar boyutu da, ürünün verimini aynı ön-madde miktarı ve büyüme süresi için <(5 mg), kayan katalizör düzeni ile karşılaştırıldığında (1 mg),> genellikle daha düşüktür. Dalgalı katalizör düzeni de NCNCs oldukça düzgün boyut dağılımı sağlar gibi, NCNCs bir CVD sentezi için bu kağıt kabul edilmiştir.
CVD yöntemi birçok yığılmış bardak oluşan fibril morfolojisi gösterirler olarak sentezlenmiş NCNCs tanıyor. Bitişik bardak arasında kimyasal bir bağ olsa da onlar sıkıca birbirlerinin boşluklar içine yerleştirilen ve çoklu kovalent olmayan etkileşimleri ve amorf karbon, bir dış tabaka ile tutulan, çünkü 8 zorlukları bireysel kupa etkili izolasyon kalır. 8 Atteyığılmış bardak ayırmak için MPTS kimyasal ve fiziksel yaklaşımlar her ikisini de. Kuvvetli asitlerin bir karışımı içinde oksidasyon tedavisi CNT kesilmiş ve aynı zamanda daha kısa bölümler halinde kesmek için NCNCs uygulanabilir oksijen işlevleri, 13,14 tanıtmak için tipik bir prosedürde iken. Mikrodalga plazma aşındırma işlemleri de NCNCs ayrı gösterilmiştir. 15 kimyasal yaklaşımları ile karşılaştırıldığında, fiziksel ayrılık daha basittir. Daha önceki çalışmada sadece bir havanda bireysel NCNCs ile öğütülmesi ile kısmen kendi yığılmış yapısından izole edilebilir olduğunu gösterdi. 7 Buna ek olarak, etkili tek duvarlı karbon nanotüpler kesmek bildirildi yüksek yoğunluklu prob ucu Sonication, (SWCNTs) , 16 de NCNCs ayrılması üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu gösterilmiştir. 8 prob ucu Sonication aslında yığılmış bardak "sallıyor" bu NCNC çözüm yüksek yoğunluklu ultrasonik güç sağlar ve zayıf Intera bozanbirlikte bardak tutun ctions. Diğer potansiyel ayırma yöntemleri ya verimsiz ya da fincan yapısına yıkıcı olsa da, prob ucu Sonication bireysel grafitli bardak elde etmek için düşük maliyetli ve daha az zarar verici, son derece etkili fiziksel ayırma yöntemi sağlar.
Olarak sentezlenmiş fibril NCNCs ilk konsantre H 2 SO önce prob ucu sonikasyon ile ayrılması için 4 / HNO 3 asit karışımı tedavi edildi. Sonuçtaki ayrılmış NCNCs yüksek hidrofilik ve etkili bir şekilde su içinde dağılmış. Biz daha önce NCNCs bu tür amin grupları gibi azot işlevleri tespit ve NCNCs işlevsel için kimyasal tepkime kullanmış olurlar. 7,8,17 bu çalışmada, ticari nanopartiküller ile 8 NCNCs kapanma bizim daha önce bildirilen yöntemi ile karşılaştırıldığında, altın nanopartiküller (gayri safi milli hasılalarının) idi etkili chloroauric asit sitrat azalma ile bardak yüzeyine bağlantılı. Yüzündenaçık azot işlevleri tercihli dağıtım NCNCs jantlar, altın öncüleri in situ sentezlenen gayri safi milli hasılalarının bardak üzerinde jantlar açık ve form GSMH "mantar tıpa" ile daha iyi etkileşim eğiliminde. Bu sentez ve işlevsel yöntemler ilaç dağıtım taşıyıcıları olarak potansiyel uygulamalar için yeni bir GSMH-NCNC hibrid nanomaterial sonuçlandı.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bizim deneylerin temel amacı etkin azot katkılı CNT gelen grafit nanocups üretmekti. Bununla birlikte, kardiyovasküler sentezinde azot doping yığılmış kupa şekilli yapının oluşumu garanti etmez. Ön-madde ve diğer büyüme koşulları kimyasal kompozisyonuna bağlı olarak, sonuçlanan ürünün morfolojisi bir çok değişebilir. Azot kaynağı 19 konsantrasyonu yapısını etkileyen başlıca faktör olduğu için azot atomu uyumsuzluktan bölmeli yapısı sonuçları grafit kafesler. 20…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, bir NSF KARİYER Ödülü No 0954345 tarafından desteklenmiştir.
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).
