Summary
Hablamos de la síntesis de nanocups grafito individuales utilizando una serie de técnicas que incluyen la deposición química de vapor, la oxidación de ácidos y sonicación con sonda de punta. Por reducción de citrato de HAuCl
Abstract
Los nanotubos de carbono dopados con nitrógeno consisten en muchos compartimentos de grafito en forma de copa denominado como tazas de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno (NCNCs). Estos nanocups grafito como-sintetizado a partir de deposición de vapor químico (CVD) se apilan de manera cabeza-a-cola celebrada sólo a través de interacciones no covalentes. NCNCs individuales se pueden aislar de su estructura de apilamiento a través de una serie de procesos de separación química y física. En primer lugar, como NCNCs-sintetizados se oxidan en una mezcla de ácidos fuertes para introducir defectos que contienen oxígeno en las paredes de grafito. Los NCNCs oxidados fueron procesadas mediante tratamiento con ultrasonidos de alta intensidad de la sonda de punta que separa eficazmente los NCNCs apilados en nanocups grafito individuales. Debido a su abundante oxígeno y funcionalidades de la superficie de nitrógeno, los NCNCs individuales resultantes son altamente hidrófilos y pueden ser funcionalizados con eficacia con nanopartículas de oro (PNB), que preferentemente se ajustan en la aperturade las copas como tapones de corcho. Estos nanocups grafito corcho con PNB pueden encontrar aplicaciones prometedoras como contenedores a nanoescala y transportistas de drogas.
Introduction
Con sus cavidades internas inherentes y química versátil superficie, los nanomateriales basados en carbono huecas, como los nanotubos de carbono (CNT), se considera que son buenas nanovehículos en las aplicaciones de administración de fármacos. 1,2 Sin embargo, la estructura fibrilar de la CNT vírgenes tiene bastante inaccesible hueco interiores y pueden provocar una respuesta inflamatoria severa y los efectos citotóxicos en los sistemas biológicos. 3,4 nanotubos de carbono dopados con nitrógeno, por otra parte, se han encontrado que poseen mayor biocompatibilidad que los nanotubos de carbono de pared múltiple (sin dopar MWCNTs) 5,6 y pueden tener mejor fármaco rendimiento de entrega. Dopaje de átomos de nitrógeno en los nanotubos de celosías resultados de grafito en una estructura hueca compartimentada se asemeja a tazas apiladas que se pueden separar a cabo para obtener tazas de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno individuales (NCNCs) con una longitud típica de menos de 200 nm. 7,8 Con sus interiores y accesibles funcionalidades de nitrógeno que permiten más químicafuncionalización, estas copas individuales de grafito son muy ventajoso para las aplicaciones de administración de fármacos.
Entre los diferentes métodos de síntesis para los nanotubos de carbono dopados con nitrógeno-incluyendo descarga de arco 9 y pulverización catódica con magnetrón de corriente continua, 10 de deposición química de vapor (CVD) ha sido el método más frecuente debido a varias ventajas tales como un mayor rendimiento y más fácil control sobre las condiciones de crecimiento de nanotubos. El mecanismo de crecimiento vapor-líquido-sólido (VLS) se emplea comúnmente para entender el proceso de crecimiento de los nanotubos de carbono ECV dopados con nitrógeno. 11 En general hay dos esquemas diferentes de utilizar catalizadores de metales de semillas en el crecimiento. En el esquema de "de lecho fijo", nanopartículas de hierro con tamaños definidos fueron sintetizados por primera vez por descomposición térmica de pentacarbonilo de hierro y luego se sembraron en portaobjetos de cuarzo mediante revestimiento por rotación para el crecimiento ECV posterior. 12 En el esquema de "catalizador flotante", catalizador de hierro (normalmente ferroceno) se mezcló y se inyecta con carbono y nprecursores itrogen, y la descomposición térmica de ferroceno proporcionado generación in situ de nanopartículas catalíticas de hierro sobre la que se depositan los precursores de carbono y nitrógeno. Mientras catalizador de lecho fijo proporciona un mejor control de tamaño en los NCNCs resultantes, el rendimiento del producto es típicamente más baja (<1 mg) en comparación con el esquema de catalizador flotante (> 5 mg) por la misma cantidad de precursores y tiempo de crecimiento. Dado que el régimen catalizador flotante también proporciona distribución de tamaño bastante uniforme de NCNCs, fue adoptado en este trabajo para la síntesis de las enfermedades cardiovasculares de NCNCs.
Método de CVD ofrece NCNCs como-sintetizadas que presentan la morfología fibrilar compuesta de muchas tazas apiladas. Aunque no existe una unión química entre tazas adyacentes, 8 desafíos permanecen en aislamiento efectivo de las copas individuales, ya que están completamente insertadas en las cavidades del otro y se mantienen por múltiples interacciones no covalentes y una capa externa de carbono amorfo. 8 AtteMPTS para separar las tazas apiladas incluyen tanto enfoques químicos y físicos. Mientras que los tratamientos de oxidación en una mezcla de ácidos fuertes es un procedimiento típico para cortar los nanotubos de carbono e introducir funcionalidades de oxígeno, 13,14 también se puede aplicar para cortar NCNCs en secciones más cortas. Microondas procedimientos de grabado por plasma también se han demostrado para separar las NCNCs. 15 En comparación con los enfoques químicos, la separación física es más sencillo. Nuestro estudio anterior mostró que simplemente moler con un mortero y maja NCNCs individuales pueden ser parcialmente aislado de su estructura apilada. 7 Además, la alta intensidad de sonicación con sonda de punta, que se informó a reducir eficazmente los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNTs) , 16 también ha demostrado tener un efecto significativo sobre la separación de NCNCs. 8 La sonicación con sonda de punta ofrece una potencia de alta intensidad ultrasónica a la solución NCNC que esencialmente "sacude" las copas apiladas y se altera el débil Interacciones que tienen las copas juntos. Mientras que otros métodos de separación posibles son ya sea ineficaz o destructiva a la estructura de copa, sonicación con sonda de punta proporciona un método de separación física altamente eficaz, rentable y menos destructivos para obtener tazas de grafito individuales.
El fibrillas NCNCs tal como se sintetiza fueron tratados por primera vez en H 2 SO 4 concentrado / mezcla de HNO 3 ácido antes de su separación con sonicación con sonda de punta. Los NCNCs separados resultantes eran altamente hidrófila y efectivamente dispersadas en agua. Hemos identificado previamente funcionalidades de nitrógeno tales como grupos amina en NCNCs y utilizado su reactividad química para NCNCs funcionalización. 7,8,17 En comparación con nuestro método se informó anteriormente de taponar NCNCs con nanopartículas comerciales, 8 en este trabajo, las nanopartículas de oro (PNB) fueron efectivamente anclada a la superficie de las copas por la reducción de citrato de ácido cloroáurico. Debido ala distribución preferencial de las funcionalidades de nitrógeno en el abierto de llantas NCNCs, los PNB sintetizados in situ a partir de los precursores del oro tienden a tener una mejor interacción con los bordes abiertos y la forma PNB "tapones" en las copas. Tal síntesis y métodos de funcionalización se han traducido en una novela PNB-NCNC híbrido nanomateriales para aplicaciones potenciales como vehículos de administración de fármacos.
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Protocol
1. ECV Síntesis de nitrógeno dopados Copas de nanotubos de carbono (NCNCs)
NCNCs se sintetizaron empleando técnica de deposición de vapor químico (ECV) en el sustrato de cuarzo utilizando precursores líquidos (Figura 1A).
- Colocar un tubo de cuarzo largo 3 pies (2,5 cm ID) en un horno tubular Lindberg / azul como la cámara de reacción. Coloque una placa de cuarzo (1 "x 12") en el interior del tubo como el sustrato para la recogida de producto. Selle el tubo de cuarzo con tapas de acero inoxidable de fabricación casera con una función de conexiones de gas y / tubos de inyección de líquido.
- Prepare una solución de precursor líquido que contiene 0,75% en peso ferroceno, 10% en peso de acetonitrilo y 89,25% en peso de xileno. Antes de que el crecimiento, dibujar sobre 5 ml de precursor de líquido en una jeringa hermética a los gases conectado a la entrada para el tubo de cuarzo. Coloque la jeringa en una bomba de jeringa.
- Montar el sistema de ECV. Conecte todos los de entrada y salida de gas. Flujo Ar (845 SCCM) para purgar el sistema de ECV y comprobar las fugas con nosotrosing Snoop detector de fugas líquido. Después de purgar durante 20 minutos, encienda el H2. Ajuste la velocidad de flujo de H 2 a 37,5 sccm y Ar a 127 sccm. Encienda el horno. Ajuste la temperatura del horno a 800 ° C y espere hasta que es estable a 800 ° C.
- Utilice la bomba de jeringa para inyectar el precursor de líquido en el tubo de cuarzo. Ajuste la velocidad de inyección a 9 ml / h durante 6 minutos para llenar el volumen muerto del tubo inyector. Luego baje la velocidad de inyección de 1 ml / hr para el crecimiento de NCNCs. Después de 90 min de crecimiento, apague la bomba de inyección y el flujo de gas H 2, y apagar el horno. Sigue Ar fluye para mantener una atmósfera inerte hasta que el horno se enfrió a RT.
- Desconecte todas las entradas y salidas de gas, y el sistema de inyección. Desmonte el sistema de ECV y tomar la placa de cuarzo a cabo. Use una hoja de afeitar de un solo lado de pelar la película NCNCs de la placa de cuarzo. Se dispersa el producto se recogió en etanol. Es necesaria la protección respiratoria para prevenir inhaling posibles materiales de carbono si el trabajo se lleva a cabo fuera de la campana de humos.
2. La oxidación de NCNCs tal como se sintetiza por una mezcla de ácidos
- Transferir unos 10 mg de NCNCs tal como se sintetiza a un matraz de fondo redondo de 200 ml. Añadir 7,5 ml de HNO3 concentrado en el matraz. Brevemente sonicar la mezcla en un baño de agua para una mejor dispersión. A continuación, añadir 22,5 ml de H 2 SO 4 concentrado lentamente. (PRECAUCIÓN: la mezcla de ácido fuerte es altamente corrosivo; manejar cuidadosamente estos ácidos con protección de seguridad.) Someter a ultrasonidos la mezcla de reacción en baño de agua a temperatura ambiente durante 4 h.
- Se diluye la mezcla de reacción con 100 ml de agua mientras se enfría en baño de hielo. Se filtra la mezcla a través de una membrana de politetrafluoroetileno (PTFE) con tamaño de poro de 220 nm utilizando un aspirador de agua.
- Se lava el material sobre la membrana de filtro con 200 ml de solución de NaOH 0,01 M para eliminar cualquier subproducto residual ácida. 18 A continuación, lavarcon 200 ml de solución 0,01 M de HCl, seguido de copiosa cantidad de agua hasta que se alcanzó un pH neutro del filtrado. Se dispersa el material resultante (oxidado NCNCs) en agua (20 ml) por tratamiento con ultrasonidos. La suspensión como resultado se puede almacenar a temperatura ambiente durante otros experimentos.
3. La separación física de NCNCs mediante sonicación con sonda de punta
- Transferir la suspensión de NCNCs oxidados en agua a un vaso de plástico de 100 ml colocado en baño de hielo. Llene el vaso de plástico a la marca de 50 ml con agua. Ajuste el sonicador de sonda de punta equipado con un "diámetro de titanio micropunta cuarta magnitud máxima en 60% (12 W). Sumergir la micropunta para el centro de la solución y entonces el proceso durante 12 horas con 30 segundos de encendido / apagado intervalo. Cambiar el hielo cada 30 minutos para evitar el sobrecalentamiento.
- Detener el tratamiento con ultrasonidos. Se filtra la suspensión NCNC a través de un tamaño de poro de membrana de filtro de PTFE de 220 nm para eliminar las partículas grandes. Las muestras NCNC resultantes pueden almacenar a temperatura ambiente para otras aplicaciones. (Opcional) Como un experimento de comparación, dispersar otra muestra de NCNCs tal como se sintetiza en DMF y ultrasonidos directamente la suspensión con sonicación con sonda de punta de 12 horas a la misma configuración que el anterior.
4. Análisis cuantitativo de los grupos funcionales amina en NCNCs por el ensayo de Kaiser
- Prepare el reactivo A: mezcla 1 g de fenol y 250 l de EtOH en 2,5 ml de piridina, se añaden 50 l de 0,01 M hydrindantin en H 2 O a la mezcla. Preparar el reactivo B: disolver ninhidrina (50 mg) en 1 ml de EtOH.
- Pesaba las muestras NCNCs (~ 0,5 mg) sobre una microbalanza y dispersarlos en 1 ml de 03:02 de EtOH / agua en pequeños tubos de ensayo. Añadir 100 l de reactivo A y 25 l de reactivo B a la suspensión de la muestra. Sellar los tubos de ensayo con parafilms y se calienta la mezcla a 100 ° C en baño de aceite durante 10 min. Se filtra la muestra a través de una jeringa de filtro para eliminar partículas sólidas y recoger la solución de filtrado.
- Tome el espectro visible de la filtrarse para el análisis colorimétrico con la muestra en blanco hecho en el mismo proceso sin añadir NCNCs. Leer la absorbancia del pico centrado a 570 nm y calcular las cargas de amina de acuerdo con la ley de Beer-Lambert.
5. La funcionalización de NCNCs con PNB
- Someter a ultrasonidos 4 ml de suspensión acuosa que contiene NCNCs separadas (0,01 mg / ml) usando un sonicador de baño de agua durante 5 minutos para conseguir una dispersión uniforme.
- Añadir 1 ml de HAuCl4 solución acuosa (1 mg / ml) a la suspensión NCNC durante la sonicación. A continuación, añadir 250 l de 1% en peso de citrato trisódico gota a gota solución acuosa. Agitar vigorosamente la mezcla de reacción fue a 70 ° C en una placa caliente durante 2 horas.
- Centrifugar la mezcla de reacción a 3.400 rpm durante 15 min. Recoge los NCNCs funcionalizadas con PNB en el precipitado y se lava con agua mediante centrifugación. Se dispersa el precipitado en agua (4 ml).
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Representative Results
Los NCNCs tal como se sintetiza a partir del crecimiento ECV aparecieron como una alfombra de material negro sobre un sustrato de cuarzo. Películas gruesas de NCNCs un peso de aproximadamente varios mg se obtuvieron por pelado con una hoja de afeitar (Figura 1B). Imágenes de TEM muestran la morfología de NCNCs como-sintetizados en diferentes aumentos (figura 1). En el menor aumento (Figura 1C), los NCNCs tal como se sintetiza todos mostraron una estructura fibrilar con longitudes de típicamente varios micrómetros y diámetros de 20 a 30 nm. A diferencia de la estructura tubular continuo de CNT no dopados, las fibras NCNC estaban compartimentadas con muchos segmentos en forma de copa. Alta resolución de imagen TEM de la punta de una fibra NCNC revela la estructura de grafito curvado de tazas de nanotubos que están apilados en la parte superior de uno al otro (Figura 1D).
La Figura 2A muestra las imágenes de TEM de NCNCs después de la oxidación de ácidos. El proceso de oxidación cortar las fibras largas ensecciones más cortas de aproximadamente 1 m de longitud en la que las copas de grafito permanecieron apilados. Los NCNCs oxidados forman suspensión estable en el agua que luego se procesa con sonicación con sonda de punta. Después de 12 h de tratamiento con ultrasonidos y la filtración, la imagen TEM muestra la disminución significativa en la longitud de NCNCs (Figura 2B). La mayoría de NCNCs aparecieron como copas individuales con una longitud de menos de 200 nm. Las copas individuales aisladas de las pilas tienen típicamente una forma semi-elíptica con un extremo cerrado y el otro abierto.
La distribución del tamaño de NCNCs se basó en ~ 300 mediciones a partir de imágenes de TEM. La distribución histogramas de longitud (Figura 3A) de NCNCs oxidados, NCNCs después de 12 horas de sonicación, y el producto final muestra el efecto de la sonicación con sonda de punta en la separación de NCNCs apiladas y la obtención de tazas individuales. El proceso de oxidación resultó en un cambio en el potencial zeta de NCNCs de positivo a negativo (Figura 3B), WHIle los grupos amina inherentes en NCNCs no se vieron afectados según la prueba de Kaiser (Figura 3C).
Los NCNCs separadas fueron entonces funcionalizados con PNB por citrato de reducción de HAuCl 4. La reacción de reducción se produjo a 70 ° C bajo agitación vigorosa. La solución inicialmente incolora comenzó a ponerse azul después de 30 minutos y cambió gradualmente a rojo vino dentro de 2 horas. Imagen TEM del precipitado centrifugado en la figura 4A muestra la alta cobertura de los PNB en NCNCs. Casi todas las copas de nanotubos fueron funcionalizados con PNB y del PNB se encuentran con frecuencia que se encuentra preferentemente en el borde libre que sirve como tapones de corcho para las copas. Una imagen ampliada TEM (Figura 4 B) revela que algunos PNB en realidad estaban cultivadas en la formación de un tapón de corcho "apretado" interior taza. Había una diferencia de color entre el precipitado y la solución sobrenadante. UV-Vis muestran espectros de absorción que la resonancia de plasmones superficiales(SPR) de la banda de PNB en el precipitado tiene un desplazamiento hacia el rojo en comparación con la del sobrenadante (Figura 4C).
Figura 1. (A) de configuración esquemática de un horno de tubo utilizado para la deposición de vapor químico (ECV) síntesis de NCNCs. (B) Fotografía de la película NCNC tal como se sintetiza pelado desde el sustrato de cuarzo. (C) Una visión general microscopía electrónica de transmisión ( TEM) la imagen de NCNCs tal como se sintetiza. (D) de alta resolución de imagen TEM muestra la punta de un individuo tal como se sintetiza NCNC.
Figura 2. TEM imágenes de (a) NCNCs oxidados y (B) después de NCNCs posterior hr sonicación y filtración 12 sonda de punta. El recuadro muestra a un individuo separado NCNC.
Figura 3. (A) histogramas de distribución de tallas de muestras NCNC de (1) después de 12 horas de tratamiento con ultrasonidos sonda de punta única, (2) después de la oxidación, (3) después de la oxidación y 12 hr sonicación con sonda de punta, y (4) la final producto después de la filtración a través de una membrana de tamaño de poro de 220 nm. (B) Los potenciales zeta de como se sintetiza, oxidado, y las muestras NCNC finales. (C) cargas de amina sobre NCNCs después de sólo 12 horas sonicación y después de que tanto la oxidación y 12 hijo hricación.
Figura 4. (A) Imagen de TEM de NCNCs funcionalizados con PNB por reducción citrato de HAuCl 4 y recogida por centrifugación. (B) que muestra una imagen TEM nanocup individuo con corcho con PNB. (C) espectros UV-Vis de la mezcla de reacción, la solución sobrenadante y el precipitado de la reacción de funcionalización PNB. La fotografía del recuadro muestra la diferencia de color entre la las soluciones precipitadas (derecha) sobrenadante (izquierda) y. Haz clic aquí para ver más grande la figura .
| Elemento (K Shell) | Como se sintetiza Final separados | |
| en% | en% | |
| C (incluyendo N) | 98.0 | 95.9 |
| O | 0.6 | 3.8 |
| Fe | 1.4 | 0.1 |
| Ti | - | 0.2 |
Tabla 1. Análisis elemental de NCNCs tal como se sintetiza y NCNCs separados finales basado en espectroscopia de dispersión de energía de rayos X (EDX).
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Discussion
El objetivo principal de nuestros experimentos era producir eficazmente nanocups de grafito a partir de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno. Sin embargo, el dopaje de nitrógeno en la síntesis ECV no garantiza la formación de la estructura en forma de copa apilados. Dependiendo de la composición química del precursor y de otras condiciones de crecimiento, la morfología del producto dado puede variar mucho. 19 La concentración de fuente de nitrógeno es el factor principal que influye en la estructura debido a la estructura de resultados compartimentados de la incompatibilidad de los átomos de nitrógeno en el celosías de grafito. 20 En general, la longitud de los compartimentos disminuye con el aumento de la concentración de nitrógeno en el precursor. En concentraciones más altas, las capas de segmentación laterales se vuelven irregulares y onduladas y la estructura compartimentada en forma de copa uniforme se pierde. 19 En nuestro procedimiento, se utilizó 10% de MeCN como el precursor que dio lugar a la estructura en forma de copa con diámetro uniforme similarestros. Fuente de carbono es otro factor fundamental para la síntesis NCNC. Los intentos anteriores utilizando etanol como fuente de carbono a veces formada segmentos irregulares de lágrima en forma de en los NCNCs resultado, 12 presumiblemente debido a los defectos de oxígeno se originaron a partir de etanol. Sustitución de etanol con xilenos elimina cualquier formación de formas irregulares. Por otra parte, redujo la concentración de ferroceno (0,75% en peso) ayudó a formar pequeñas nanopartículas de catalizador de hierro uniformes y relativamente baja tasa de flujo del gas portador facilitó crecimiento vertical. Todos estos factores dieron lugar a la formación de NCNCs con diámetros más uniforme y mayor rendimiento.
Los NCNCs como-sintetizados son fibras largas de tazas apiladas. Alta resolución de imagen TEM (Figura 1D) muestra claramente la estructura de grafito de tazas apiladas adyacentes. Las paredes de grafito de cada taza se extienden a lo largo de la dirección con un cierto ángulo desde el eje de la taza, que no tiene conexiones entre los vasos adyacentes. Las copas adyacentes se supone que be mantiene unido por interacciones no covalentes entre las capas de grafito y también por una capa externa de carbono amorfo como se observa en la Figura 1D. Las interacciones débiles que mantienen las copas juntos pueden romperse y nanocups individuales se pueden aislar mediante métodos químicos o físicos.
En nuestro estudio anterior, 8 el procedimiento de separación se llevó a cabo sólo por la separación física. Los NCNCs tal como se sintetiza se sometieron a ultrasonidos directamente en N, N-dimetilformamida (DMF), bajo sonicación con sonda de punta. 12 h de tratamiento con ultrasonidos redujo significativamente la duración media de NCNCs de varios micrómetros a 556,9 ± 256,1 nm y deriva efectivamente nanocups individuales, aunque todavía se observan con frecuencia NCNCs no separadas. Un inconveniente importante para los ultrasonidos directa era que las fibras NCNC como-sintetizados fueron altamente hidrófobo e incluso mal suspendida en DMF. La eficiencia de la separación se ve comprometida en este caso porquelos NCNCs no estaban bien dispersos inicialmente. Para mejorar la dispersión de NCNCs en disolvente y facilitar la separación de ultrasonidos, como NCNCs-sintetizados fueron tratados primero con ácidos fuertes. Este tratamiento se aplica ampliamente para la oxidación de los nanotubos de carbono prístinas. 13 de energía dispersa la espectroscopia de rayos X (EDX) muestra un aumento significativo de la concentración de oxígeno en NCNCs después del tratamiento ácido (Tabla 1), lo que indica que las funcionalidades de oxígeno se introdujeron a la estructura de grafito. La etapa de oxidación no sólo aumenta la hidrofilicidad de NCNCs, pero también podría haber debilitado las interacciones entre las capas de grafito de los vasos adyacentes mediante la introducción de defectos en la red de oxígeno y la eliminación del carbono amorfo exterior. Los NCNCs oxidados forman incluso dispersión en agua y por lo tanto eran más susceptibles a la separación ultrasónica subsiguiente. La duración media de NCNCs oxidados medidos a partir de imágenes de TEM fue 770 ± 571 nm. Tras 12 horas de tratamiento con ultrasonidos sonda de punta, la mayoríatazas individuales se aislaron a cabo, y la longitud media se redujo a 178 ± 94 nm, lo que estaba por debajo de los 220 nm de tamaño de poro de las membranas de PTFE. Por lo tanto un proceso de filtración elimina además cualquier NCNCs más largos y reduce la longitud media de 110 ± 55 nm, dejando nanocups apiladas sólo individuales y corta en el filtrado. Los NCNCs separados finales se dispersan bien en agua formando suspensión estable que mostró poca precipitación durante el período de varias semanas.
El proceso de oxidación de los ácidos alterado en gran medida las propiedades de la superficie de NCNCs. Debido a la existencia de funcionalidades de nitrógeno que tienden a estar protonado en solución, los NCNCs como-sintetizados fueron ligeramente cargadas positivamente con un potencial zeta de 9 mV. La oxidación de ácidos hizo NCNCs más suspendibles con un potencial zeta negativo de aproximadamente -30 mV. Cabe señalar que el proceso de oxidación no alteró las funcionalidades amina inherentes en la superficie de NCNCs como se cuantificó por Kaiseprueba de r. Por el contrario, se encontraron más grupos amina en NCNCs separados después de 4 horas de la oxidación de ácidos en las muestras separadas por sonicación, sólo que indicaban que mejor separación expuesto más funcionalidades amina. El proceso de oxidación de los ácidos también se elimina eficazmente los residuos de catalizador de hierro a partir de NCNCs según lo revelado por el análisis elemental EDX (Tabla 1).
El principal problema de la sonicación con sonda de punta prolongada fue el desgaste de puntas de titanio. Vibración ultrasónica larga e intensiva genera una gran cantidad de calor y es abrasivo para la micropunta. A medida que la punta está desgastada, el efecto de separación se debilita y las partículas de titanio tienden a salir de la punta como la contaminación. Para proteger mejor la punta de los daños, la muestra se procesa en 30 segundos en intervalos / apagado y el baño de hielo fue reemplazado cada 30 minutos para evitar el sobrecalentamiento. Debido a su inercia química, el contaminante de titanio era difícil ser completamente eliminado. El procedimiento de filtracióna través de una membrana de 220 nm de poro fue eficaz en la eliminación de las grandes partículas de titanio y partículas pequeñas también podrían eliminarse principalmente por breve centrifugación a 3400 rpm durante 4 min, aunque en las muestras finales NCNC separados aproximadamente 0,2% en el de titanio se todavía presente (Tabla 1).
Los NCNCs separados tienen oxígeno y funcionalidades de nitrógeno en su marco de grafito, que proporcionan diversas propiedades químicas esenciales para las aplicaciones de administración de fármacos. Por tiolación de los grupos amino, que antes eran capaces de conectar PNB comerciales a los nanocups grafito. 8 Esos PNB, con un diámetro medio de montaje de la apertura de las copas, solíamos ir a sellar la copa como tapones de corcho. Uso de los NCNCs oxidados hidrófilos, PNB se pueden anclar con mayor eficacia en las tazas en fase acuosa por reducción directa de ácido cloroáurico con citrato trisódico como el reactivo de reducción. PNB es probable que nucleada en el functionalitie nitrógenos y continúan creciendo bajo las condiciones de reacción. Este enfoque funcionalización de abajo hacia arriba como resultado de la interacción fuerte y concreta entre PNB y NCNCs. Debido a la distribución preferencial de las funcionalidades de nitrógeno en el borde abierto de las copas, PNB tenían mejor oportunidad para nuclear en la apertura, y el crecimiento subsiguiente forman a menudo en forma de nanopartículas de corcho que se extendían al interior de las copas. Esta interacción corking se observó con mayor frecuencia utilizando el enfoque de reducción en comparación con el método anterior. PNB libres en solución también estuvieron presentes durante la reacción de reducción, ya que pueden ser eliminados por centrifugación a 3400 rpm durante 15 min. No era clara diferencia entre los colores de la solución sobrenadante y el precipitado. El primero apareció como rojo vino con una banda de absorción a 524 nm SPR y el segundo fue púrpura con una banda de SPR a 540 nm. El desplazamiento al rojo en la banda de SPR puede ser atribuido a la fuerte interacción electrónica de los PNB en la superficie de Carolina del NorteCN.
En conclusión, hemos adoptado una serie de técnicas de síntesis para obtener nanocups grafito individuales (es decir, NCNCs) de sus estructuras de apilamiento. La introducción de la oxidación de los ácidos y de los procedimientos de sonicación de sonda de punta es esencial para garantizar la alta eficiencia de la separación y la hidrofilia de las nanocups finales. A través de la reducción de citrato de HAuCl4, los NCNCs fueron funcionalizados con el PNB que se cerró con eficacia las copas como tapones de corcho. Esta novela PNB NCNC híbrido nanomaterial puede tener aplicaciones como envases nanoescala y las compañías de administración de fármacos prometedores.
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Disclosures
Los autores declaran no tener intereses financieros en competencia.
Acknowledgments
Este trabajo fue apoyado por un premio CARRERA NSF No. 0.954.345.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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
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