Modello Regia Sintesi di nanotubi d'oro plasmoniche con Tunable Assorbanza IR

Summary

Soluzione-sospendibili nanotubi d'oro con dimensioni controllate possono essere sintetizzati mediante deposizione elettrochimica in anodici porosi di ossido di alluminio (AAO) membrane utilizzando un nucleo polimero idrofobo. Nanotubi d'oro e gli array di nanotubi promettenti per applicazioni in biosensori plasmoniche, superficie-enhanced spettroscopia Raman, foto-termico di riscaldamento, trasporto ionico e molecolare, microfluidica, catalisi e rilevamento elettrochimica.

Abstract

Una matrice quasi parallelo di pori possono essere prodotte da fogli di alluminio anodizzazione in ambienti acidi ^{1, 2.} Applicazioni di anodico di ossido di alluminio (AAO) membrane sono in fase di sviluppo dal 1990 e sono diventati un metodo comune al modello la sintesi di nanostrutture elevato rapporto di aspetto, per lo più da una crescita elettrochimica o poro-bagnatura. Recentemente, queste membrane sono diventati commercialmente disponibili in una vasta gamma di dimensioni dei pori e densità, che porta a una vasta libreria di nanostrutture funzionali essere sintetizzati dalle membrane AAO. Questi includono nanorods compositi, nanofili e nanotubi in metalli, materiali inorganici o polimeri ^3-10. Membrane nanoporose sono stati utilizzati per sintetizzare nanoparticelle e nanotubi array che ottengono buoni risultati come sensori di indice di rifrazione, biosensori plasmoniche, o di superficie maggiore di spettroscopia Raman (SERS) substrati ^11-16, così come una vasta gamma di altri settori, quali foto-termicariscaldamento ^17, a permeazione selettiva trasporto ^{18, 19, 20} catalisi, microfluidica ^21, ed elettrochimica di rilevamento ^{22, 23.} Qui, segnaliamo una nuova procedura per preparare i nanotubi d'oro nelle membrane AAO. Nanostrutture Cava hanno potenziali applicazioni per plasmoniche rilevamento e la SERS, e ci aspettiamo i nanotubi d'oro consentirà di alta sensibilità e forti segnali di Plasmon, derivanti da materiale diminuito smorzamento ^15.

Introduction

Quando le loro dimensioni avvicinarsi alla profondità di penetrazione della luce (~ 50 nm; scala nanometrica), metalli nobili, e, soprattutto oro, mostrano squisiti dimensioni, la forma e l'ambiente dipendente proprietà ottiche ^{24, 25.} Su questa scala, illuminazione diretta provoca una oscillazione coerente di elettroni di conduzione noto come risonanza plasmonica di superficie (SPR). SPR è fortemente dipendente dalle dimensioni nanostruttura, la forma e le proprietà dielettriche del mezzo circostante. Vi è un grande interesse per la caratterizzazione delle proprietà SPR in nuovi materiali, come i dispositivi basati su SPR stanno emergendo per l'uso in sub-lunghezza d'onda ottica, la SERS substrati, e sensori ottici ultra-sensibili ^{11-16, 26-29.} In quanto tale, lo sviluppo di metodi computazionali a più prevedere con precisione come dimensioni e struttura possono variare risposta plasmoniche rimane un obiettivo importante. L'uso di membrane AAO offre un modo conveniente per variare il diametro di particella o lunghezza, e diversi studi importanti di questa correlare measured e calcolato risposta plasmonica particelle con diametro variabile, lunghezza e proporzioni ^{30, 31.} Forse l'uso più studiato e di successo dei materiali plasmonici è come biosensori basati su indice di rifrazione. Per questo, risonanze nel rosso al vicino infrarosso (NIR) gamma (~ 800 – 1300 nm) sono preferibili in quanto sono più sensibili al cambiamento di indice di rifrazione, e si trovano nella finestra "acqua" in modo che siano trasmesse attraverso acqua e tessuti umani. Soluzione-sospendibili nanostrutture con picchi SPR in questa possibilità Open Range intriganti per nella biorilevamento vivo plasmoniche.

AAO poroso è stato utilizzato per preparare nanotubi polimerici o nanofili per sintesi elettrochimica o bagnatura template, e dimostrato di essere applicabile ad una vasta gamma di materiali. Membrane AAO vengono ora utilizzati per sintetizzare soluzione sospendibili alti nanotubi rapporto di aspetto e array nanostrutturati che funzionano come biosensori ad alte prestazioni plasmoniche o SERS substrati. Mentre le membrane dell'AAO sono stati utilizzati principalmente come modelli per sintetizzare barre solide, in alcuni casi può essere desiderabile per la struttura deve essere vuoto. Applicazioni plasmoniche e SERS rilevamento, per esempio, sono basati superficie, e strutture cave con ampia superficie-superficie-volume rapporto può portare alla generazione di segnale più forte e maggiore sensibilità ^{14, 15, 32.} Rispetto a questo, nanotubi d'oro sono stati sintetizzati da vari metodi, comprendenti reazioni di sostituzione galvanica argento nanorods ^33, deposizione per riduzione ^{34, 35,} la modifica della superficie dei pori modello ^{36, 37,} sol-gel metodi ^{38, 39-41} e elettrodeposizione. Queste sintesi in genere lasciano poco formate, nanotubi o porosi consentono un controllo poco più le dimensioni e la morfologia. Sintesi sono stati riportati in cui un guscio metallico viene depositato su un nucleo di polimero in una membrana AAO ^{42, 43.} Queste sintesi lasciare il Nanot oroUBE legato al substrato e contare su incisione modello per consentire la crescita di oro attorno al polimero, pertanto non possono essere studiati in soluzione. Inoltre, incisione modello presenta alcuni inconvenienti potenziali. Primo, non uniforme etching pori lungo la parete modello può portare ad una non uniforme spessore oro shell. In secondo luogo, acquaforte significativa (vale a dire creare molto spessi tubi a parete) possono sciogliere pareti dei pori completamente.

Molto recentemente, Ponti et al. Ha segnalato un metodo gratuito mordenzante per sintetizzare nanotubi d'oro in membrane AAO che utilizza un poli sacrificale (3-esil) nucleo tiofene e rendimenti soluzione sospendibili nanotubi d'oro con una sensibilità di rifrazione estremamente elevato indice di ^15. Da lavoro e la successiva, si è scoperto che, al fine di depositare gusci d'oro intorno al nucleo polimero senza attacco chimico, il polimero deve essere tubolare tale che vi sia spazio interno per il collasso, e il polimero idrofobo deve essere tale che sarà colscadere su se stesso, piuttosto che aderire alle pareti dei pori il modello ^16. Quando si utilizzano polimeri idrofili, un oro "guaina" copre parzialmente il nucleo polimero viene osservato, indicando le principali polimero aderisce ad una delle pareti del modello durante la deposizione d'oro ^44. Nella presente, il protocollo dettagliato per la sintesi di nanotubi d'oro cave che permette il controllo delle lunghezza e diametro è descritto (Figura 1). Questi soluzione sospendibili nanotubi d'oro sono promettenti materiali per una vasta gamma di applicazioni, tra cui biorilevamento plasmoniche o substrati SERS.

Protocol

1. Formare l'elettrodo d'argento di lavoro Fissare il lato della membrana AAO substrato superiore su una lastra di vetro con un 2-adesivo. Nota: minimizzare l'area della membrana a contatto con l'adesivo, come sarà intasare i pori. Installare la piastra di vetro nel supporto substrato dell'evaporatore metallo, chiudere la camera, ed evacuare a una pressione inferiore a 1,0 μTorr. Utilizzando una sorgente resistivo, evaporare pellets argento (purezza> 99,99%) sul su…

Representative Results

Dopo ogni passaggio, si può visibilmente determinare se la sintesi è successo osservando il colore della membrana. Dopo la deposizione di rame (fase 2.3) il modello apparirà viola. Durante la deposizione di nichel (fase 2.5) il modello lentamente diventa nero. Dopo la deposizione del polimero (passo 3.3) il modello deve apparire più scuro viola / nero e più lucida (Figura 2). Chronoapmerograms tipici di polimeri successo e oro sono inclusi (Figura 3). Durante la fase di attacco fin…

Discussion

Modello sintesi diretta di nanotubi in membrane AAO è diventato sempre più popolare, tuttavia sintesi di nanotubi tendono ad essere molto sensibile nei confronti delle piccole modifiche condizioni materiali e di sintesi. Qui, una visione globale dei vantaggi e dei limiti di utilizzo di membrane AAO si delinea, così come una linea guida generale per l'utilizzo di membrane AAO per la sintesi elettrochimica di nanostrutture.

Quando l'acquisto membrane AAO, ci sono due tipi generali d…

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&region=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