Modèle Réalisé Synthèse de nanotubes d'or plasmoniques avec IR Absorbance accordable
Summary
Nanotubes d'or en solution à suspension ayant des dimensions contrôlées peuvent être synthétisés par dépôt électrochimique anodique poreux en oxyde d'aluminium (AAO) des membranes à l'aide d'un noyau polymère hydrophobe. Nanotubes d'or et les tableaux de nanotubes prometteuses pour des applications dans les biocapteurs plasmoniques, surface-enhanced Raman, photo-thermique de chauffage, le transport ionique et moléculaire, la microfluidique, la catalyse et la détection électrochimique.
Abstract
Un réseau de pores pratiquement parallèle peut être produite par anodisation des feuilles d'aluminium en milieu acide 1, 2. Les applications de anodiques d'oxyde d'aluminium (AAO) membranes sont en développement depuis les années 1990 et sont devenus une méthode commune pour modèle la synthèse de nanostructures de rapport d'aspect élevé, principalement par la croissance électrochimique ou pores mouillage. Récemment, ces membranes sont devenus disponibles dans le commerce dans un large éventail de tailles de pores et la densité, ce qui conduit à une vaste bibliothèque de nanostructures fonctionnelles étant synthétisés à partir de membranes AAO. Il s'agit notamment de nanotubes composites, nanofils et nanotubes en métaux, des matériaux inorganiques ou polymères 3-10. Membranes nanoporeuses ont été utilisés pour synthétiser des réseaux de nanoparticules et de nanotubes qui se comportent bien comme des capteurs d'indice de réfraction, les biocapteurs plasmoniques, ou spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) substrats 11-16, ainsi que d'un large éventail d'autres domaines tels que photo-thermiquechauffage 17, à perméabilité sélective de transport 18, 19, 20 catalyse, la microfluidique 21 et 22 de détection électrochimique, 23. Nous rapportons ici un nouveau procédé pour préparer des nanotubes d'or dans les membranes AAO. Nanostructures creuses ont une application potentielle des plasmons et de la SERS de détection, et nous prévoyons que ces nanotubes d'or permettra de sensibilité et de forts signaux plasmon, découlant du matériel ont diminué amortissement 15.
Introduction
Lorsque leurs dimensions approcher la profondeur de pénétration de la lumière (~ 50 nm; l'échelle nanométrique), les métaux nobles, et surtout l'or, présentent exquis taille, la forme et l'environnement dépendent des propriétés optiques 24, 25. Sur cette échelle, un éclairage direct provoque une oscillation cohérente des électrons de conduction connu sous le nom de résonance plasmonique de surface (SPR). SPR dépend fortement de la taille des nanostructures, la forme et les propriétés diélectriques du milieu environnant. Il ya un grand intérêt dans la caractérisation des propriétés SPR dans de nouveaux matériaux, comme SPR à base de dispositifs se dessinent pour l'utilisation en Afrique sub-longueur d'onde optique, la SERS substrats et ultra-sensibles des capteurs optiques 11-16, 26-29. En tant que tel, le développement de méthodes de calcul pour prédire plus précisément comment la taille et la structure peuvent varier en réponse plasmonique reste un objectif majeur. L'utilisation de membranes AAO offre un moyen pratique de faire varier le diamètre des particules ou de la longueur, et plusieurs études importantes l'utiliser pour me mettre en corrélationasured et calculé la réponse plasmonique avec plus ou moins de diamètre des particules, la longueur, et 30 aspect ratio, 31. Peut-être l'utilisation la plus étudiée et réussie de matériaux plasmoniques est comme biocapteurs basés sur l'indice de réfraction. Pour ce faire, des résonances dans le rouge au proche infrarouge (NIR) Plage (~ 800 – 1300 nm) sont souhaitables car ils sont plus sensibles à la variation de l'indice de réfraction, et se situent dans la «fenêtre de l'eau" telles qu'elles sont transmises par l'eau et les tissus humains. Solution à suspension nanostructures avec des pics SPR dans cette gamme de possibilités intéressantes pour ouvertes in vivo plasmonique biodétection.
AAO poreux a été utilisé pour préparer des nanotubes ou de nanofils de polymères par synthèse électrochimique ou mouillant modèle, et éprouvé pour être applicable à une grande variété de matériaux. Membranes AAO sont maintenant utilisés pour synthétiser les solutions mises en suspension haute nanotiges rapport d'aspect et les tableaux nanostructurés qui fonctionnent en tant que biocapteurs à haute performance plasmoniques ou SERS substrats. Alors que les membranes AAO ont surtout été utilisés comme modèles pour la synthèse des tiges solides, dans certains cas, il peut être souhaitable que la structure soit creux. Applications de détection plasmoniques et de la SERS, par exemple, sont de surface à base et des structures creuses avec de grandes surface de la zone-volume ratios peuvent conduire à la production d'un signal plus fort et une plus grande sensibilité 14, 15, 32. En ce qui concerne la présente, les nanotubes d'or ont été synthétisés à partir de diverses méthodes, y compris des réactions galvaniques sur argent remplacement nanotiges 33, dépôt autocatalytique 34, 35, modification de surface des 36 pores modèles, 37, procédés sol-gel 38, et l'électrodéposition 39-41. Ces synthèses quittent généralement mal formés, les nanotubes poreux ou permettent peu de contrôle sur la taille et la morphologie. Synthèses ont également été signalés dans laquelle une enveloppe métallique est déposée sur un noyau polymère dans une membrane AAO 42, 43. Ces synthèses quitter le Nanot orubes lié au substrat et s'appuient sur la gravure de modèle pour permettre la croissance de l'or autour du polymère, donc ils ne peuvent pas être étudiés en solution. En outre, la gravure modèle présente certains inconvénients potentiels. Tout d'abord, gravure pores non uniforme le long de la paroi modèle peut conduire à une épaisseur non uniforme or shell. Deuxièmement, gravure importante (c.-faire très épais tubes de paroi) peuvent dissoudre complètement parois des pores.
Très récemment, des ponts et al. Rapporté un agent de gravure Procédé libre pour synthétiser des nanotubes d'or dans les membranes AAO qui utilise un poly sacrificielle (3-hexyl) noyau thiophène et les rendements des nanotubes d'or en solution à suspension avec une sensibilité extrêmement élevée indice de réfraction 15. De travail et de suivi, on a découvert que, afin de déposer coquilles d'or autour du noyau polymère sans gravure chimique, le polymère doit être tubulaire, tels que l'espace intérieur pour qu'elle s'effondre, et le polymère hydrophobe doit être telle qu'elle sera colexpirer sur lui-même plutôt que d'adhérer aux parois des pores modèle 16. Lorsque les polymères hydrophiles sont utilisés, un or "gaine" recouvrant partiellement le noyau polymère est observée, indiquant les principaux polymères conforme à l'une des parois de la matrice pendant 44 dépôt d'or. Ici, le protocole détaillé pour la synthèse de nanotubes d'or creux qui permet de contrôler la longueur et le diamètre est décrit (figure 1). Ces nanotubes d'or solution à suspension sont des matériaux prometteurs pour une large gamme d'applications, notamment les biocapteurs plasmonique ou des substrats SERS.
Protocol
Representative Results
Discussion
Modèle réalisé la synthèse de nanotubes dans les membranes AAO est devenu de plus en plus populaire, cependant la synthèse de nanotubes ont tendance à être très sensibles à des changements mineurs dans des conditions matérielles et de synthèse. Ici, une compréhension globale des avantages et des inconvénients de l'utilisation des membranes AAO est décrite, ainsi que des directives générales pour l'utilisation de membranes pour la synthèse électrochimique AAO des nanostructures.
<p class="jo…Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par l'Université de Toronto, en sciences naturelles et en génie du Canada, la Fondation canadienne pour l'innovation et le Fonds ontarien de la recherche. DSS remercie le ministère ontarien de bourse de nouveau chercheur.
Materials
| Reagent/Material | |||
| UniKera Standard Membrane | Synkera Technologies Inc. | SM-X-Y-13 | Anodic aluminum oxide membranes are available from synkera in various pore sizes ranging from 13 – 150 nm, and thicknesses from 50 to 100 μm. We use the 50 μm ones. They are symmetric, meaning the pore size is uniform from top to bottom. |
| Anopore Inorganic Membranes | Whatman | 6809-7023 | 13 mm diameter, 200 nm pore size. These membranes are very fragile. The pore diameters are not uniform throughout, so it is important to always use the bottom of the membrane as the working electrode |
| Silver Pellets %99.99 | Kurt J. Lesker | EVMAG40EXE-D | |
| Copper(II) sulfate pentahydrate | Sigma-Aldrich | 209189 | |
| Sulfuric acid | ACP | S8780 | Caution: corrosive liquid |
| Hydrogen peroxide (30%) | ACP | H7000 | Caution: oxidizing liquid |
| Nitric Acid | ACP | N2800 | Caution: corrosive fuming liquid |
| Sodium Hydroxide | Fisher Scientific | S318-1 | Caution: caustic powder |
| Watts Nickel Pure | Technic Inc. | 130859 | Product is no longer available from Technic inc., however other commercial nickelplating solutions will work. |
| Techni-Gold 434HS | Technic Inc. | X6763600 | Contains cyanide, do not acidify |
| Boron trifluoride diethyl etherate | Sigma-Aldrich | 175501-100ML | Must be stored and used under inert atmosphere |
| 3-hexylthiophene | Sigma-Aldrich | 399051-5G | |
| Deuterium Oxide | Sigma-Aldrich | 151880-100G | |
| Acetonitrile (anhydrous) | Sigma-Aldrich | 271004 | |
| Ethanol (anhydrous) | Caledon Labs | 1500-1-05 | |
| Equipment | |||
| EC Epsilon potentiostat/galvanostat | BASi (Bioanalytical Systems, Inc.) | N/A | Reference electrodes and platinum wires were included with the potentiostat, and replacements can be purchaes from BASi http://www.basinc.com/products/ec/epsilon/features.html |
| Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometer | Agilent Technologies | N/A | http://www.chem.agilent.com/en-US/products-services/Instruments-Systems/Molecular-Spectroscopy/Cary-5000-UV-Vis-NIR/Pages/default.aspx |
| Thermomixer R | Eppendorf | N/A | http://www.eppendorf.com/int/index.php?action=products&contentid=1&catalognode=9832 |
| Branson 2510 Ultrasonic Cleaner | Bransonic | Z244810 (From Sigma Aldrich) | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/Z244910?lang=en®ion=CA |
| Covap 2 thermal evaporator | Angstrom Engineering | N/A | http://www.angstromengineering.com/covap.html |
| Millipore Synergy water purification system | Millipore | N/A | http://www.millipore.com/catalogue/module/c9209 |
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