टेम्पलेट Tunable IR Absorbance साथ निर्देशित Plasmonic गोल्ड नैनोट्यूब संश्लेषण
Summary
समाधान suspendable नियंत्रित आयामों के साथ सोने नैनोट्यूब झरझरा anodic एल्यूमीनियम ऑक्साइड (आओ) एक hydrophobic बहुलक कोर का उपयोग झिल्ली में विद्युत बयान से संश्लेषित किया जा सकता है. गोल्ड नैनोट्यूब और नैनोट्यूब arrays plasmonic biosensing, सतह बढ़ाया रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी, फोटो थर्मल हीटिंग, ईओण और आणविक परिवहन, microfluidics, कटैलिसीस और विद्युत संवेदन में आवेदन के लिए वादा पकड़.
Abstract
Pores के लगभग समानांतर सरणी अम्लीय वातावरण 1, 2 में एल्यूमीनियम foils anodizing उत्पादन किया जा सकता है. Anodic एल्यूमीनियम ऑक्साइड झिल्ली (आओ) के आवेदन के विकास के तहत 1990 के बाद से किया गया है और विद्युत विकास या ताकना गीला उच्च पहलू अनुपात nanostructures के ज्यादातर, संश्लेषण टेम्पलेट एक आम तरीका बन गया है. हाल ही में, इन झिल्लियों ताकना आकार और घनत्व की एक विस्तृत श्रृंखला में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध बन गए हैं, जिससे कार्य किया जा रहा है आओ झिल्ली से संश्लेषित nanostructures की एक विस्तृत पुस्तकालय. समग्र nanorods, nanowires और धातुओं, अकार्बनिक सामग्री या 3-10 पॉलिमर के बने नैनोट्यूब शामिल हैं. Nanoporous झिल्ली nanoparticle और नैनोट्यूब arrays कि अपवर्तक सूचकांक सेंसर, plasmonic biosensors, या सतह बढ़ाया रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी SERS) (11-16 substrates, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से तस्वीर थर्मल जैसे अन्य क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला के रूप में अच्छा प्रदर्शन synthesize करने के लिए इस्तेमाल किया गया है17 हीटिंग, 18 परिवहन permselective, 19, 20 कटैलिसीस, 21 microfluidics, और विद्युत संवेदन 22, 23. यहाँ, हम एक उपन्यास प्रक्रिया आओ झिल्ली में सोने नैनोट्यूब तैयार रिपोर्ट. खोखले nanostructures plasmonic और SERS संवेदन में संभावित आवेदन किया है, और हम आशा करते हैं इन सोने नैनोट्यूब उच्च संवेदनशीलता और मजबूत संकेतों plasmon के लिए अनुमति देते हैं, की कमी हुई 15 dampening सामग्री से उत्पन्न होने वाली है.
Introduction
जब उनके आयामों गहराई में प्रवेश प्रकाश दृष्टिकोण (~ 50 एनएम, nanoscale), महान धातु, और सबसे महत्वपूर्ण बात यह सोना, उत्तम आकार, आकार और पर्यावरण निर्भर ऑप्टिकल 24 गुण, 25 दिखा रहे हैं. इस पैमाने पर, प्रत्यक्ष रोशनी चालन सतह plasmon अनुनाद (SPR) के रूप में जाना जाता है इलेक्ट्रॉनों का एक सुसंगत दोलन का कारण बनता है. SPR nanostructure आकार, आकार, और मध्यम आसपास ढांकता हुआ गुण पर अत्यधिक निर्भर है. नई सामग्री में SPR गुणों निस्र्पक, के रूप में SPR आधारित उपकरणों के उप तरंगदैर्ध्य प्रकाशिकी, SERS substrates, और अति संवेदनशील ऑप्टिकल सेंसर 11-16, 26-29 में उपयोग के लिए उभर रहे हैं में बहुत रुचि है. जैसे, के लिए कम्प्यूटेशनल विधियों के विकास और अधिक सही भविष्यवाणी कैसे आकार और संरचना भिन्न हो सकते हैं plasmonic प्रतिक्रिया एक प्रमुख लक्ष्य बना हुआ है. आओ झिल्ली का उपयोग एक सुविधाजनक कण व्यास या लंबाई भिन्न देता है, और कई महत्वपूर्ण अध्ययनों से इस का उपयोग करने के लिए मुझे सहसंबंधीasured और कण व्यास, लंबाई, और पहलू अनुपात 30, 31 के साथ अलग plasmonic प्रतिक्रिया की गणना. शायद plasmonic सामग्री की सबसे अध्ययन और सफल प्रयोग अपवर्तक सूचकांक biosensors आधारित के रूप में है. इस के लिए, लाल रंग में निकट अवरक्त (NIR) रेंज (~ 800 – 1300 एनएम) अनुनादों वांछनीय हैं, क्योंकि वे अधिक अपवर्तक सूचकांक परिवर्तन के प्रति संवेदनशील हैं, और "पानी खिड़की" में झूठ ऐसी है कि वे दोनों पानी और के माध्यम से प्रेषित कर रहे हैं मानव ऊतकों. Vivo plasmonic biosensing में इस रेंज खुले पहेली संभावनाओं में SPR चोटियों के साथ समाधान suspendable nanostructures.
झरझरा आओ विद्युत संश्लेषण या टेम्पलेट गीला द्वारा बहुलक नैनोट्यूब या nanowires तैयार करने के लिए किया गया इस्तेमाल किया गया है, और सामग्री की एक विस्तृत विविधता के लिए लागू होना सिद्ध. आओ झिल्ली अब समाधान suspendable उच्च पहलू अनुपात nanorods और nanostructured arrays कि उच्च प्रदर्शन plasmonic biosensors या सेवा के रूप में कार्य synthesize करने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा हैSubstrates एस. जबकि आओ झिल्ली ज्यादातर ठोस छड़ synthesizing के लिए किया गया है टेम्पलेट के रूप में प्रयोग किया जाता है, कुछ मामलों में यह खोखले संरचना के लिए वांछनीय हो सकता है. Plasmonic और SERS संवेदन अनुप्रयोगों, उदाहरण के लिए, सतह आधारित हैं, और बड़े सतह क्षेत्र के लिए मात्रा अनुपात के साथ खोखले ढांचे को मजबूत संकेत पीढ़ी और उच्च संवेदनशीलता 14, 15, 32 के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. यह करने के लिए सम्मान के साथ, सोने नैनोट्यूब चांदी nanorods 33, electroless चढ़ाना 34, 35, टेम्पलेट 36 pores की सतह संशोधन, 37, प – जेल 38 तरीकों, और 39-41 electrodeposition पर बिजली उत्पन्न करनेवाली प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं सहित विभिन्न तरीकों से संश्लेषित किया गया. ये syntheses आम तौर पर खराब गठन, झरझरा नैनोट्यूब छोड़ या आकार और आकृति पर थोड़ा नियंत्रण के लिए अनुमति देते हैं. Syntheses भी जिसमें एक धातु खोल एक आओ झिल्ली 42, 43 में एक बहुलक कोर पर जमा है बताया गया है. ये संश्लेषण सोने nanot छोड़ubes सब्सट्रेट करने के लिए बाध्य और टेम्पलेट नक़्क़ाशी पर भरोसा करने के लिए सोने की बहुलक चारों ओर विकास के लिए अनुमति देते हैं, इस तरह वे समाधान में अध्ययन नहीं किया जा सकता है. इसके अलावा, टेम्पलेट नक़्क़ाशी कुछ संभावित कमियां है. पहले, टेम्पलेट की दीवार के साथ गैर वर्दी रोमकूप नक़्क़ाशी एक गैर वर्दी खोल मोटाई सोने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. दूसरा, महत्वपूर्ण नक़्क़ाशी (यानी बहुत मोटी दीवार ट्यूब बनाने के लिए) ताकना दीवारों को पूरी तरह से भंग हो सकती है.
अभी हाल ही में, पुल एट अल. एक etchant मुक्त विधि आओ झिल्ली कि एक बलि पाली का उपयोग करता है (3-hexyl) thiophene और अत्यंत उच्च अपवर्तक सूचकांक 15 संवेदनशीलता के साथ मुख्य पैदावार समाधान suspendable सोने नैनोट्यूब में सोने नैनोट्यूब synthesize की सूचना दी. कि और बाद में काम से, यह पाया गया कि आदेश में रासायनिक नक़्क़ाशी के बिना बहुलक कोर के आसपास सोने के गोले को जमा करने के लिए, बहुलक ट्यूबलर ऐसी है कि यह पतन के लिए इंटीरियर अंतरिक्ष चाहिए, और बहुलक hydrophobic ऐसी है कि यह होगा चाहिए ज़ीनखुद पर व्यपगत हो बजाय टेम्पलेट ताकना 16 दीवारों को पालन करें. जब हाइड्रोफिलिक पॉलिमर का इस्तेमाल कर रहे हैं, एक सोने "म्यान" आंशिक रूप से बहुलक कोर को कवर देखा है, एक सोने के 44 बयान के दौरान टेम्पलेट की दीवारों के लिए कोर पालन करता बहुलक का संकेत. के साथ साथ, खोखला सोना नैनोट्यूब संश्लेषण है कि लंबाई और व्यास पर नियंत्रण के लिए अनुमति देता है के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल (चित्रा 1) में वर्णित है. ये समाधान suspendable सोने नैनोट्यूब plasmonic biosensing या SERS substrates सहित आवेदन की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए सामग्री का वादा कर रहे हैं.
Protocol
Representative Results
Discussion
टेम्पलेट आओ झिल्ली में nanorods निर्देशित संश्लेषण तेजी से लोकप्रिय हो गया है, लेकिन nanorods की syntheses बहुत सामग्री और संश्लेषण शर्तों में मामूली परिवर्तन के प्रति संवेदनशील हो जाते हैं. यहाँ, फायदे और सीमाओं के आ?…
Acknowledgements
इस काम के टोरंटो विश्वविद्यालय के, प्राकृतिक विज्ञान और कनाडा के इंजीनियरिंग रिसर्च काउंसिल, अभिनव, और ओंटारियो रिसर्च फंड के लिए कनाडा फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया. DSS ओंटारियो मंत्रालय के एक प्रारंभिक शोधकर्ता पुरस्कार के लिए धन्यवाद.
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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