Síntese e funcionalização de nitrogênio dopado Copas de Nanotubos de Carbono com nanopartículas de ouro como Rolhas

Com suas cavidades internas inerentes e química versátil superfície, os nanomateriais à base de carbono ocos, como os nanotubos de carbono (CNT), são considerados bons nanocarriers em aplicações de distribuição de drogas. ^1,2 Entretanto, a estrutura fibrilar de nanotubos de carbono como novo tem bastante inacessível oco interiores e pode causar uma resposta inflamatória grave e efeitos citotóxicos em sistemas biológicos. ^3,4 nanotubos de carbono dopados com nitrogênio, por outro lado, foram encontrados para possuir maior biocompatibilidade que não dopadas nanotubos de carbono multicamadas (MWCNTs) ^5,6 e podem ter melhor droga desempenho de entrega. Doping de átomos de nitrogênio nas nanotubos de treliças de grafite resulta em uma estrutura oca compartimentado semelhante copos empilhados que podem ser separadas para se obter copos de nanotubos de carbono dopados com nitrogênio individuais (NCNCs) com comprimento típico em 200 nm. ^7,8 Com seus interiores acessíveis e funcionalidades de nitrogênio que permitem mais químicafuncionalização, estes copos de grafite individuais são altamente vantajosos para aplicações de entrega de drogas.

Entre os diferentes métodos sintéticos para nitrogênio dopado com nanotubos de carbono, incluindo arco de descarga de ⁹ e dc pulverização catódica, ^{10 de} deposição de vapor químico (CVD) tem sido o método mais prevalente devido a várias vantagens, tais como maior rendimento e controle mais fácil sobre as condições de crescimento de nanotubos. O mecanismo de crescimento de vapor-líquido-sólido (VLS) é comumente empregado para entender o processo de crescimento CVD de nanotubos de carbono dopados com nitrogênio. ¹¹ Geralmente, existem dois esquemas diferentes de usar sementes de catalisador de metal no crescimento. No esquema "de leito fixo", as nanopartículas de ferro com tamanhos definidos foram sintetizados pela primeira vez por decomposição térmica de pentacarbonil de ferro e, em seguida, semeadas em lâminas de quartzo por spin coating para o crescimento CVD subseqüente. ¹² No esquema "flutuante catalisador", catalisador de ferro (normalmente ferrocene) foi misturado e injetado com carbono e nitrogen precursores, e a decomposição térmica de ferroceno fornecida geração in situ de nanoparticulas de ferro catalítico no qual o carbono e precursores de azoto foram depositados. Enquanto catalisador de leito fixo fornece um melhor controlo sobre o tamanho das NCNCs daí resultantes, o rendimento do produto é tipicamente baixa (<1 mg), em comparação com o regime de catalisador flutuante (> 5 mg), para a mesma quantidade de tempo e de crescimento precursor. Como o esquema de catalisador flutuante também presta serviços de distribuição de NCNCs tamanho bastante uniforme, foi adotada neste trabalho para a síntese CVD de NCNCs.

Método de CVD proporciona NCNCs como sintetizados que exibem uma morfologia fibrilar composta de diversos copos empilhados. Embora não haja nenhuma ligação química entre as caixas adjacentes, ⁸ desafios permanecem em isolamento eficaz dos copos individuais porque estão firmemente inserido dentro das cavidades do outro e realizada por várias interacções não covalentes e uma camada externa de carbono amorfo. ⁸ Attempts para separar os copos empilhados incluem tanto abordagens químicas e físicas. Enquanto os tratamentos de oxidação em uma mistura de ácidos fortes é um procedimento típico para cortar os nanotubos de carbono e introdução de funcionalidades de oxigénio, ^13,14 pode também ser aplicada para cortar NCNCs em secções mais curtas. Microondas processos de erosão de plasma foram também mostrado para separar os NCNCs. ¹⁵ Em comparação com os métodos químicos, a separação física é mais simples. Nosso estudo anterior mostrou que a simples moagem com um almofariz e pilão NCNCs individuais podem ser parcialmente isolada de sua estrutura empilhada. ⁷ Além disso, a alta intensidade de sonicação sonda de ponta, o que foi relatado para reduzir efetivamente os nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs) , ^16, também foi demonstrado ter um efeito significativo na separação da NCNCs. ⁸ A sonicação com sonda com ponta proporciona potência de ultra-sons de alta intensidade à solução NCNC que, essencialmente "batidos" os copos empilhados e perturba o intera fracoCÇÕES que possuem os copos juntos. Enquanto outros métodos de separação em potencial ou são ineficientes ou destrutiva para a estrutura copo, sonda-ponta sonicação fornece um método de separação física altamente eficaz e custo-eficiente e menos destrutiva para obter copos de grafite individuais.

O sintetizado como fibrilas NCNCs foram tratados pela primeira vez no concentrado H ₂ SO ₄ / _HNO3 mistura ácida, antes da sua separação com sonicação com sonda com ponta. Os NCNCs separadas resultantes eram altamente hidrofílico e eficazmente dispersas em água. Temos anteriormente identificados funcionalidades de azoto tais como grupos amina e em NCNCs utilizaram a sua reactividade química, para NCNCs funcionalização. ^7,8,17 Comparado com o nosso método de empacotamento previamente relatado NCNCs com nanopartículas comerciais, ^8, neste trabalho, as nanopartículas de ouro (PNB) foram efectivamente ancoradas à superfície dos copos por redução de citrato de ácido cloroáurico. Devido aa distribuição preferencial de funcionalidades de nitrogênio no aberto jantes de NCNCs, as PNB sintetizados in situ a partir dos precursores de ouro tendem a ter uma melhor interação com as bordas abertas e PNB forma "rolhas" nas xícaras. Tal síntese e métodos de funcionalização resultaram em uma novela GNP-NCNC híbrido nanomateriais para aplicações potenciais como operadoras de distribuição de drogas.