Summary
Een protocol voor het synthetiseren van ~12 nm diameter gouden nanodeeltjes (Au nanodeeltjes) in een organisch oplosmiddel wordt gepresenteerd. De gouden nanodeeltjes zijn afgedekt met oleylamine liganden om agglomeratie te voorkomen. De gouden nanodeeltjes zijn oplosbaar in organische oplosmiddelen zoals tolueen.
Abstract
Gouden nanodeeltjes (Au nanodeeltjes) met een diameter van ~12 nm werden gesynthetiseerd door snel een oplossing van 150 mg (0,15 mmol) tetrachloorbizijnzuur in 3,0 g (3,7 mmol, 3,6 ml) oleylamine (technische kwaliteit) en 3,0 ml tolueen te injecteren in een kokende oplossing van 5,1 g (3,7 mmol) oleylamine (technische kwaliteit) en 3,0 ml tolueen in een kokende oplossing van 5,1 g (3,7 mmol, 3,6 ml) oleylamine (technische kwaliteit) en 3,0 ml tolueen in een kokende oplossing van 5,1 g (3,7 mmol, 3,6 ml) oleylamine (technische kwaliteit) en 3,0 ml tolueen in een kokende oplossing van 5,1 g (3,7 mmol, 3,6 ml) oleylamine (technische kwaliteit) en 3,0 ml tolueen in een kokende oplossing van 5,1 g (3,7 mmol) oleylamine (technische kwaliteit) en 3,0 ml tolueen in een kokende oplossing van 5,1 g (3,7 mmol, 3,6 ml) oleylamine (technische kwaliteit) en 3,0 ml tolueen in een kokende oplossing van 5,1 g (3,1 ml) oleylamine (technische kwaliteit) en 3,0 ml tolueen in een kokende oplossing van 5,1 g (3,7 mmol, 3,6 ml) oleylamine (technische kwaliteit) en 3,0 Tijdens het koken en mengen van de reactieoplossing gedurende 2 uur veranderde de kleur van het reactiemengsel van helder, naar lichtgeel, naar lichtroze en vervolgens langzaam naar donkerrood. De warmte werd vervolgens uitgeschakeld en de oplossing mocht geleidelijk afkoelen tot kamertemperatuur gedurende 1 uur. De gouden nanodeeltjes werden vervolgens verzameld en gescheiden van de oplossing met behulp van een centrifuge en driemaal gewassen; door de gouden nanodeeltjes in 10 ml tolueen te vortexen en te dispergeren, en vervolgens de gouden nanodeeltjes neer te slaan door porties methanol van 40 ml toe te voegen en ze in een centrifuge te draaien. De oplossing werd vervolgens gedecanteerd om eventuele resterende bijproducten en niet-gereageerde uitgangsmaterialen te verwijderen. Het drogen van de gouden nanodeeltjes in een vacuümomgeving produceerde een stevige zwarte pellet; die voor langdurig (tot een jaar) kunnen worden bewaard voor later gebruik en vervolgens opnieuw kunnen worden opgelost in organische oplosmiddelen zoals tolueen.
Introduction
Gouden nanodeeltjes zijn een interessante en nuttige klasse van nanomaterialen die het onderwerp zijn van vele onderzoeken en toepassingen; zoals biologie1, geneeskunde2, nanotechnologie3, en elektronische apparaten4. Wetenschappelijk onderzoek naar gouden nanodeeltjes dateert al uit 1857, toen Michael Faraday fundamenteel onderzoek deed naar de synthese en eigenschappen van gouden nanodeeltjes5. De twee primaire "bottom up"-technieken voor het synthetiseren van gouden nanodeeltjes zijn de citraatreductiemethode6,7,8 en de organische tweefasige synthesemethode9,10. De "Turkevich" citraatreductiemethode produceert vrij monodisperse gouden nanodeeltjes met een diameter van minder dan 20 nm, maar de polydispersiteit neemt toe voor gouden nanodeeltjes met een diameter van meer dan 20 nm; overwegende dat de tweefasige methode "Brust-Schiffrin" zwavel/thiol ligandstabilisatie gebruikt om gouden nanodeeltjes tot ~10 nm in diameter11te produceren . Gouden nanodeeltjesoplossingen die vooraf zijn gesynthetiseerd met behulp van deze methoden zijn commercieel beschikbaar. Voor toepassingen waar grote volumes, hoge monodispersiteit en grote diameters van gouden nanodeeltjes niet nodig zijn, kan het voldoende zijn om deze vooraf gesynthetiseerde gouden nanodeeltjes van leveranciers te kopen en te gebruiken. Gouden nanodeeltjes die in de oplossing worden opgeslagen, zoals veel van de nanodeeltjes die in de handel verkrijgbaar zijn, kunnen echter in de loop van de tijd afbreken naarmate nanodeeltjes beginnen te agglomereren en clusters vormen. Als alternatief kunnen voor grootschalige toepassingen, langetermijnprojecten waarbij gouden nanodeeltjes vaak of over een lange periode moeten worden gebruikt, of waarin strengere eisen worden gesteld aan de monodispersiteit en grootte van de gouden nanodeeltjes, wenselijk zijn om de gouden nanodeeltjessynthese zelf uit te voeren. Door het gouden nanodeeltjessyntheseproces uit te voeren, heeft men de mogelijkheid om mogelijk verschillende syntheseparameters te controleren, zoals de hoeveelheid geproduceerde gouden nanodeeltjes, de diameter van de gouden nanodeeltjes, de monodispersiteit van de gouden nanodeeltjes en de moleculen die worden gebruikt als de aftoppingsliganden. Bovendien kunnen dergelijke gouden nanodeeltjes worden opgeslagen als vaste pellets in een droge omgeving, waardoor de gouden nanodeeltjes worden bewaard, zodat ze op een later tijdstip, tot een jaar later, met minimale kwaliteitsvermindering kunnen worden gebruikt. Er is ook het potentieel voor kostenbesparingen en de vermindering van afval door gouden nanodeeltjes in grotere hoeveelheden te fabriceren en ze vervolgens in een droge staat op te slaan, zodat ze langer meegaan. Over het algemeen biedt het zelf synthetiseren van gouden nanodeeltjes overtuigende voordelen die mogelijk niet haalbaar zijn met in de handel verkrijgbare gouden nanodeeltjes.
Om de vele voordelen te realiseren die mogelijk zijn met gouden nanodeeltjessynthese, wordt hierin een proces gepresenteerd voor het synthetiseren van gouden nanodeeltjes. Het gouden nanodeeltjessyntheseproces dat wordt beschreven, is een aangepaste versie van een proces dat is ontwikkeld door Hiramatsu en Osterloh12. Gouden nanodeeltjes worden meestal gesynthetiseerd met een diameter van ~ 12 nm met behulp van dit syntheseproces. De primaire chemische reagentia die worden gebruikt om het gouden nanodeeltjessyntheseproces uit te voeren, zijn tetrachloorethrinezuur (HAuCl4),oleylamine en tolueen. Een stikstofhandschoenkastje wordt gebruikt om een inerte droge omgeving te bieden voor het gouden nanodeeltjessyntheseproces, omdat tetrachlooretrinezuur gevoelig is voor water/ vochtigheid. De gouden nanodeeltjes zijn ingekapseld met oleylamine ligand moleculen om te voorkomen dat de gouden nanodeeltjes agglomereren in oplossing. Aan het einde van het syntheseproces worden de gouden nanodeeltjes uitgedroogd in een vacuümomgeving, zodat ze in droge toestand kunnen worden opgeslagen en bewaard voor later gebruik, tot een jaar later. Wanneer de gouden nanodeeltjes klaar zijn voor gebruik, kunnen ze worden geresuspendeerd tot oplossing in organische oplosmiddelen zoals tolueen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Chemische hoeveelheden:
OPMERKING: Om de juiste chemische hoeveelheden voor de nanodeeltjessynthese te verkrijgen, neemt u de eerste hoeveelheden op het blad "Nanodeeltjessynthese" (op de 2e pagina van de ondersteunende informatie uit het Osterloh-onderzoek artikel12)en vermenigvuldigt u de hoeveelheid van alle doses met 3, met enkele kleine wijzigingen. Tabel 1 toont de chemische hoeveelheden die nodig zijn voor de injectieoplossing, kookoplossing, was-/zuiveringsoplossingen en goud-etchantoplossing.
Reiniging en voorbereiding voor het syntheseproces van gouden nanodeeltjes (dag 1)
OPMERKING: De volgende stappen kunnen worden voltooid op de eerste dag van het syntheseproces.
1. Dingen om te controleren en te verzekeren voordat u zich voorbereidt op de Gold Nanoparticle Synthesis
LET OP: Zorg ervoor dat de presynthesereiniging en -bereiding worden uitgevoerd in de zuurkap en de zure natte bank tijdens het dragen van persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM' s), zoals nitrilhandschoenen, veiligheidsbrillen/veiligheidsbrillen en een laboratoriumjas tijdens het gebruik van de zuurkap; en terwijl bovendien het dragen van chemische handschoenen, een chemische toga, een gezichtsschild, en beschermende brillen terwijl het gebruiken van de zure natte bank.
- Zorg ervoor dat er een stikstofhandschoenkastje beschikbaar is om de oplosmiddel-/reagenspreparaten en het synthese-/chemische reactieproces uit te voeren.
OPMERKING: Als er geen stikstofhandschoenkastje beschikbaar is, kan in plaats daarvan een zuurkast worden gebruikt (mogelijk met een Schlenk-lijn), hoewel de inerte atmosfeer in het stikstofhandschoenkastje nanodeeltjes van hogere kwaliteit moet produceren door de zuiverheid van het tetrachloorfinezuur te behouden (HAuCl4). De gouden nanodeeltjesinjectieoplossing die het tetrachlooretrinezuur bevat, moet indien mogelijk in een inerte atmosfeer of stikstofhandschoendoos worden bereid. - Zorg ervoor dat een standaard met een klem zich in het stikstofhandschoenkastje bevindt, om de condensorbuis vast te houden en te ondersteunen tijdens het syntheseproces van gouden nanodeeltjes.
OPMERKING: Deze standaard met klem maakt het ook mogelijk om de condensorbuis op te tillen en over het reactievat te hangen terwijl het tolueen, tetrachlooretrinezuur en oleylamineoplossing in het reactievat wordt geïnjecteerd. - Zorg ervoor dat de kachel met de magneetroerder en de ronde concave recipiënt met een glasvezelvoering (voor het vasthouden en ondersteunen van de reactievatbol, en voor het verwarmen van het reactievat en voor het draaien van de magneetroerderstang) zich in het stikstofhandschoenkastje bevindt.
- Zorg ervoor dat er twee rubberen slangen (voor het aansluiten van de condensorbuis op de waterinlaat-/uitlaatpoorten) zich in het stikstofhandschoenkastje bevinden.
- Zorg ervoor dat een microbalans die in staat is tot milligram (mg) resolutie zich in het stikstofhandschoenkastje bevindt.
- Zorg ervoor dat er voldoende chemische reagentia en oplosmiddelen zijn voor het reinigings- en syntheseproces (zie tabel 1).
OPMERKING: Het is het beste om verse / nieuwe hoge zuiverheid te gebruiken (≥99,8%) tolueen en methanol die nooit zijn geopend of blootgesteld aan lucht/water. Het is ook het beste om vers/nieuw tetrachloorbizijnzuur (HAuCl4) te gebruiken dat in de koelkast wordt bewaard en nooit wordt geopend totdat het wordt overgebracht naar het stikstofhandschoenkastje. Het tetrachloorbizijnzuur mag op geen enkel moment worden blootgesteld aan lucht of water/vochtigheid, mag alleen in het stikstofhandschoenkastje worden geopend en moet na het openen in het stikstofhandschoenkastje in het stikstofhandschoenkastje worden bewaard. Het verdient de voorkeur om nieuwe oleylamine te gebruiken en de oleylamine moet ook in het stikstofhandschoenkastje worden bewaard. Tetrachlooriekzuur en oleylamine die gloednieuw of minder dan 1 jaar oud zijn, moeten betere resultaten opleveren. - Zorg ervoor dat er plastic zakken, XL nitrilhandschoenen, cleanroomdoekjes en aluminiumfolie in het stikstofhandschoenkastje zitten.
2. Reinig het chemische reactieglaswerk (vóór de synthese van gouden nanodeeltjes)
LET OP: Goud etchant TFA en aqua regia zijn corrosief. Draag de nodige persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM' s), zoals chemische handschoenen, chemische kleding, een bril en een gezichtsscherm. Behandel de corrosieve oplossing alleen in een zure natte bank terwijl u de benodigde PBM draagt.
- Plaats in de zure natte bank het glazen reactievat met de daaraan bevestigde condensorbuis in een bekerglas van 600 ml voor ondersteuning en plaats de zijkant van de condensorbuis tegen de zijwand van de zure natte bank voor verdere ondersteuning.
- Reinig het chemische reactieglaswerk (condensorbuis, reactievat, glazen pipet) en magnetische roerstaaf door ~ 150 ml van de gouden etchant TFA-oplossing en ~ 150 ml DI-water (1:1 mengsel) in de condensorbuis en het glaswerk van het reactievat te gieten. Plaats de magneetroerstaaf en de lange glazen gegradueerde pipet in de condensorbuis en laat het gouden etchant TFA-bad 30 minuten zitten en maak het glaswerk schoon.
OPMERKING: Aanvullende figuur 1 toont het chemische reactieglaswerk dat wordt gereinigd met goud enz. - Na 30 minuten scheidt u het glaswerk om de afdichting tussen de condensorbuis en het reactievat te kraken om alle goud-etchant-oplossing in het reactievat te verzamelen en giet u de gebruikte gouden etchant-oplossing in een bekerglas van 400 ml in de zure natte bank.
OPMERKING: De goud etchant-oplossing wordt later hergebruikt om het chemische reactieglaswerk te reinigen nadat het syntheseproces is afgelopen. - Nog steeds in de zure natte bank, was het chemische reactieglaswerk en de magnetische roerstaaf 3-4 keer met DI-water om de resterende goud-etchant-oplossing weg te spoelen en laat vervolgens het chemische reactieglaswerk en de magnetische roerstaaf nog 30 minuten in een DI-waterbad zitten.
- Na 30 minuten in een DI-waterbad te hebben gezeten, leegt u het water en gebruikt u het DI-waterpistool om het water door de zure natte bankafvoer te wassen. Blaas het glaswerk droog met het stikstofpistool.
- Reinig in de zuurkast het chemische reactieglaswerk (condensorbuis, reactievat, glazen pipet) en de magnetische roerstaaf door te spoelen met aceton, methanol en isopropanol; föhn vervolgens het glaswerk met stikstof. Gooi de vuile oplosmiddelen weg in een brandbare afvalfles.
- Reinig in de zure natte bank het chemische reactieglaswerk en de magneetroerstaaf met DI-water en föhn het glaswerk vervolgens met stikstof.
- Reinig in de zuurkast het chemische reactieglaswerk en de magneetroerstaaf met tolueen en föhn het glaswerk vervolgens met stikstof. Gooi de vuile tolueenoplossing weg in een brandbare afvalfles.
- Bedek het chemische reactieglaswerk (condensorbuis, reactievat, glazen pipet) en magneetroerstaaf met aluminiumfolie (vooral de openingen/poorten van het glaswerk) om het glaswerk schoon te houden. Prik een paar kleine gaatjes in de aluminiumfolie met een pincet, zodat water uit het glaswerk kan verdampen.
3. Reinig de andere glaswerk- en synthesebenodigdheden
- Reinig in de zuurkast het andere glaswerk (bijv. 400 ml glazen bekerglas, 5 ml kleine gegradueerde glazen cilinder, twee niet-waterige glazen flacons van 20 ml met PTFE-gevoerde doppen) en levert (bijv. metalen spatel/scoopula, pincet) met aceton, methanol of isopropanol en DI-water; föhn vervolgens het andere glaswerk en voorziet van stikstof. Gooi de vuile oplosmiddelen weg in een brandbare afvalfles.
- Als er residuen zichtbaar zijn op het glaswerk of de benodigdheden, veeg ze dan af met een cleanroomdoekje of was ze met zeep en aceton/isopropanol totdat het residu verdwijnt. Spoel ze vervolgens opnieuw af met aceton, methanol en isopropanol-oplosmiddelen en blaas het glaswerk vervolgens droog met stikstof.
- Maak in de zuurkast het andere glaswerk schoon en voorziet het van tolueen; föhn vervolgens het andere glaswerk en voorziet van stikstof. Gooi de vuile tolueenoplossing weg in een brandbare afvalfles.
- Reinig in de zuurkast de 50 ml conische centrifugebuizen met aceton, methanol of isopropanol en tolueen; föhn ze vervolgens met stikstof.
- Bedek het andere glaswerk en bevoorrading met aluminiumfolie, met name de openingen/poorten van het glaswerk, om het glaswerk schoon te houden. Prik een paar kleine gaatjes in de aluminiumfolie met een pincet, zodat water uit het glaswerk kan verdampen. Zorg ervoor dat de doppen zich op de centrifugebuizen van 50 ml bevinden.
- Reinig de rubberen pipetbol met kleppen door deze af te vegen met een cleanroomdoekje met isopropanol, gebruik vervolgens de kleppen om wat isopropanol (bijv. terwijl u er wat in spuit uit een isopropanol-knijpfles) in de lamp te spuiten en spuit de isopropanol uit in een brandbare afvalfles. Zorg ervoor dat er geen residu op de lamp zit. Föhn de lamp met stikstof en bedek deze met aluminiumfolie.
OPMERKING: Aanvullende figuur 2 toont het glaswerk en de benodigdheden na reiniging.
4. Breng de chemicaliën, glaswerk en benodigdheden over in het stikstofhandschoenkastje
- Gebruik een nieuw paar XL nitrilhandschoenen over de handschoenen van het handschoenenkastje voor het hanteren van items en chemicaliën in het stikstofhandschoenkastje.
- Plaats de nieuwe chemische flessen (tolueen en methanol) in het stikstofhandschoenkastje (door ze in de laadslot over te brengen en naar beneden te pompen om de omgevingslucht met de vacuümpomp te verwijderen en vervolgens de lastvergrendeling met stikstof te zuiveren). Zorg ervoor dat er ook een brandbare afvalfles voor gebruikt/vuil tolueen in het stikstofhandschoenkastje zit.
- Zorg ervoor dat het tetrachlooriekzuur (HAuCl4) en de oleylamine zich ook in het stikstofhandschoenkastje bevinden, waar ze worden opgeslagen om blootstelling aan zuurstof en water/vochtigheid te voorkomen.
- Plaats het chemische reactieglaswerk (condensorbuis, reactievat, glazen pipet), magnetische roerstaaf, 50 ml conische centrifugebuizen en ander glaswerk (bijv. 400 ml glazen bekerglas, 5 ml kleine gegradueerde glazen cilinder, twee niet-waterige glazen flacons van 20 ml met PTFE-gevoerde doppen) en andere benodigdheden (bijv. micropipet, nieuwe schone micropipettips in een plastic zak, metalen beker). Sluit de loadlockdeur, pomp de loadlock naar beneden om te stofzuigen, laat ze 2 minuten onder vacuüm staan, zuiver de loadlock met stikstof en breng/plaats de items vervolgens over in het stikstofhandschoenkastje.
OPMERKING: Eventueel restwater en oplosmiddelen moeten in de loadlock zijn verdampt terwijl het naar vacuüm wordt gepompt, voordat de loadlock met stikstof wordt zuiverd. - Na het overbrengen van de items in het stikstofhandschoenkastje, gebruikt u een andere laag aluminiumfolie om de items (vooral het glaswerk) te bedekken die zijn bedekt met aluminiumfolie met gaten in de folie, om de gaten te bedekken en te voorkomen dat de items vuil worden in het stikstofhandschoenkastje.
- Laat de schone voorwerpen 's nachts in het stikstofhandschoenkastje, met de stikstofcirculatie, om eventueel restwater/vocht/vochtigheid uit het stikstofhandschoenkastje te verwijderen en eruit te filteren.
Gouden Nanodeeltjessyntheseproces (Dag 2)
OPMERKING: De volgende stappen kunnen worden voltooid op de tweede dag van het syntheseproces.
5. Stel het chemische reactieglaswerk op en reinig het in het stikstofhandschoenkastje
- Begin met het opzetten en reinigen van het chemische reactieglaswerk en de benodigdheden in het stikstofhandschoenkastje. Plaats het glasreactievat in het stikstofhandschoenkastje bovenop de glasvezelgaashouder bovenop de kachel/roerder en plaats de condensorbuis over het glasreactievat en steun de condensorbuis met de standaard met de klemmen.
OPMERKING: Aanvullende figuur 3 toont de experimentele opstelling van de gouden nanodeeltjessynthese. - Zorg ervoor dat de magneetroerstaaf zich in het glazen reactievat bevindt. Giet ~200 ml tolueen in het glazen reactievat. Plaats het glazen reactievat met ~200 ml tolueen op de roerende verwarmingsmantel en laat de glazen condensorbuis in het reactievat zakken.
- Sluit de twee slangen in het stikstofhandschoenkastje aan op de waterinlaat- en uitlaatpoorten van de condensorbuis.
- Plaats buiten het stikstofhandschoenkastje het uiteinde van de afvoerslang in het afvoerreservoir/de gootsteen in de aangrenzende zuurkast. Gebruik een klem of tape om de slang vast te houden en de slang in de afvoer te houden.
- Sluit de watertoevoerslang aan op de watertoevoerleiding op de aangrenzende zuurkast.
- Schakel het water langzaam in en controleer het om ervoor te zorgen dat het zachtjes door de buitenkamer van de condensorbuis stroomt. Stel de waterstroom zo nodig in door de waterklep licht te openen/sluiten.
- Laat water door de inlaatpoort aan de onderkant van de condensorbuis, de condensorbuis en de uitlaatpoort aan de bovenkant van de condensorbuis stromen.
- Zorg ervoor dat er geen grote luchtbellen in de watertoevoer zitten en zorg ervoor dat de slangen mechanisch stabiel zijn.
OPMERKING: Bij het koken van oplossingen in het chemische reactievat stroomt u langzaam wat water van de bodem van de condensorbuis, omhoog door de buitenkamer van het condensorbuisvat, naar de bovenkant van de condensorbuis, zodat het water langzaam door de afvoerslang naar buiten stroomt. Deze langzame maar continue waterstroom koelt de condensorbuis af en helpt bij het condenseren en herinneren van de gekookte damp. - Zorg ervoor dat er zachtjes water door de condensorbuis stroomt om het af te koelen.
- Voer continu verse stikstof in het stikstofhandschoenkastje om het handschoenenkastje te zuiveren. Ventileer het stikstofhandschoenkastje continu door een klein vacuüm op het stikstofhandschoenkastje te trekken, zodat stikstof en tolueendamp uit het handschoenenkastje worden gepompt.
OPMERKING: Trek een licht vacuüm op het stikstofhandschoenkastje door de egalisatieklep tussen het stikstofhandschoenkastje en de laadvergrendeling enigszins te openen terwijl u vacuüm op de laadvergrendeling trekt. Open de egalisatieklep niet volledig, anders is het vacuümniveau en de stikstofstroom te hoog. Laat net genoeg stikstof stromen om de tolueen/chemische damp in het handschoenenkastje na verloop van tijd continu uit te spoelen en te ventileren. De vacuümuitlaatleiding moet worden ontlucht in een zuurkast. - Begin met het verwarmen en roeren van de tolueen met de magneetroerder op de roer- en verwarmingsmantel. Laat het tolueen zachtjes koken. De vlampunttemperatuur van tolueen niet naderen of overschrijden; verminder het vuur wanneer het begint te koken.
- Laat het tolueen koken en verdampen gedurende 30 minuten met de magnetische roerstaaf roeren om het reactieglaswerk (reactievat en condensorbuis) schoon te maken.
OPMERKING: Het verdampte tolueen koelt af en condenseert in de condensorbuis en druppelt terug in het reactievat. - Schakel na 30 minuten de kachel en de magneetroerder uit en laat het tolueen enkele minuten afkoelen, totdat het tolueen stopt met verdampen en condenseren in het reactievat.
- Nadat het tolueen is afgekoeld, tilt u de condensorbuis voorzichtig op en klemt u deze boven het reactievat door deze met behulp van de standaard met klemmen te ondersteunen. Zorg ervoor dat u de klem vastdraait en de condensorbuis goed ondersteunt, omdat deze instabiel kan zijn.
- Giet het tolueen van het reactievat in het glazen bekerglasglas van 400 ml. Zorg ervoor dat u de magneetroerstaaf niet per ongeluk uitgiet. Plaats het reactievat terug op de verwarming en roermantel.
- Draai het tolueen rond in het glazen bekerglasglas van 400 ml om het bekerglas schoon te maken. Giet het vuile/gebruikte tolueen uit en gooi het weg in de brandbare afvalfles. Reinig het glazen bekerglasglasglas van 400 ml opnieuw met wat vers tolueen en gooi het gebruikte tolueen vervolgens weg in de brandbare afvalfles.
6. Tolueen &oleylamine koken oplossing voorbereiding
LET OP: Oleylamine is giftig en corrosief, dus ga er voorzichtig mee om. Als u oleylamine buiten het stikstofhandschoenkastje gebruikt, draag dan de nodige persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM's), zoals chemische handschoenen, chemische toga, bril en gezichtsschild. Als u oleylamine in het stikstofhandschoenkastje gebruikt, zorg er dan voor dat u de handschoenen van het handschoenenkastje bedekt met nieuwe/schone XL nitrilhandschoenen. Pas op dat u de oleylamine niet per ongeluk morst. Sommige cleanroomdoekjes kunnen op het oppervlak van de labbank in het handschoenenkastje worden geplaatst om kleine morsen te helpen opvangen.
- Maak in het stikstofhandschoenkastje een kokende oplossing van 147 ml (~ 150 ml) tolueen en 8,7 ml (~ 9 ml) oleylamine in het reactievat.
- Gebruik het glazen bekerglasglas van 400 ml om de 147 ml tolueen te meten. Giet de 147 ml tolueen uit het glazen bekerglas in het reactievat.
- Gebruik de 5 ml kleine glazen gegradueerde cilinder om de 8,7 ml (~ 9 ml) oleylamine zorgvuldig te meten. Meet en giet eerst voorzichtig 4 ml oleylamine uit de kleine glazen gegradueerde cilinder in het reactievat en giet deze vervolgens 4,7 ml.
- Laat de condensorbuis weer voorzichtig in het glazen reactievat zakken.
- Zorg ervoor dat er zachtjes water door de buitenkamer van de condensorbuis stroomt om de tolueen- en oleylaminedamp af te koelen, te condenseren en op te nemen.
- Verwarm en roer de oleylamine- en tolueenoplossing in het reactievat en laat de oplossing langzaam/zacht koken (met behulp van de roer- en verwarmingsmantel, waarbij de magnetische roerstaaf draait om de oplossing te mengen). Zodra de oleylamine- en tolueenoplossing een zachte kook bereikt, zet je het vuur een beetje lager zodat het langzaam kookt. Benader of overschrijd het vlampunt van tolueen niet.
7. Tetrachloroaurinezuur, Oleylamine & Tolueen injectie oplossing voorbereiding
- Begin met de bereiding van de injectieoplossing (150 mg tetrachloorbizijnzuur, 3,6 ml oleylamine, 3,0 ml tolueen).
- Zorg ervoor dat het tetrachlooriekzuur vers is of niet is blootgesteld aan lucht, water, vocht of vochtigheid. Verwijder de laboratoriumfolie of afdichting die het tetrachlooromeerzuur beschermt tegen lucht en vocht.
OPMERKING: Het tetrachloorbizijnzuur is zeer gevoelig voor water/vocht/vochtigheid. Alles moet in het werk worden gesteld om te voorkomen dat het tetrachloorbizijnzuurpoeder aan lucht/water wordt blootgesteld. Het tetrachloroauric zuur wordt geleverd in een verzegeld zakje en nieuwe containervaten worden verzegeld met was om te voorkomen dat waterdamp in nieuwe vaten komt. Een nieuwe partij tetrachloroaurinezuur kost ~ $ 100, maar het zou een jaar moeten duren als het niet wordt blootgesteld aan waterdamp. Bewaar nieuwe ongeopende partijen tetrachloorfinezuur in de koelkast. Breng een nieuwe ongeopende partij tetrachloorbizijnzuur over in het stikstofhandschoenkastje voordat u deze opent. Open alleen een nieuwe container met tetrachlooretrinezuur in het stikstofhandschoenkastje wanneer de luchtvochtigheid een passend laag en stabiel niveau heeft bereikt (minder dan 0,8% relatieve vochtigheid). Bewaar het tetrachlooriekzuur in het stikstofhandschoenkastje na het openen ervan. Na het openen van het tetrachlooretrinezuur wikkelt u laboratoriumfolie rond het deksel van de container om te helpen bij het afdichten van de container en om te voorkomen dat waterdamp en verontreinigingen in de container komen. - Plaats in het stikstofhandschoenkastje een van de twee niet-waterige glazen flacons van 20 ml met de ptfe-gevoerde doppen op de microbalans/schaal en verwijder de met PTFE gevoerde dop.
- Zorg ervoor dat u de microbalans met de glazen flacon van 20 ml op de weegschaal "opnieuw nul" of "tarra" gebruikt voordat u begint met het afwegen van het tetrachlooriekzuurpoeder.
- Gebruik in het stikstofhandschoenkastje de kleine metalen spatel om tetrachlooretrinezuurpoeder uit de container in de glazen flacon van 20 ml op de microbalans te deponeren tot een gemeten gewicht van 150 mg tetrachlooretrinezuurpoeder.
- Verwijder de ptfe-gevoerde dop van de andere niet-waterige glazen flacon van 20 ml (de lege die momenteel niet op de microbalans staat).
LET OP: Oleylamine is giftig en corrosief, dus ga er voorzichtig mee om. - Gebruik de 5 ml kleine glazen gegradueerde cilinder om 3,6 ml oleylamine te meten. Giet voorzichtig de 3,6 ml oleylamine uit de 5 ml kleine glazen gegradueerde cilinder in de glazen flacon van 20 ml zonder het tetrachlooretrinezuur.
- Giet en meet voorzichtig 3,0 ml tolueen in de 5 ml kleine glazen gegradueerde cilinder. Giet voorzichtig de 3,0 ml tolueen uit de 5 ml kleine glazen gegradueerde cilinder in de glazen flacon van 20 ml met de oleylamine.
OPMERKING: Als er te veel tolueen in de gegradueerde glazen cilinder wordt gegoten, kan het overtollige oplosmiddel in de brandbare afvalfles worden gegoten. Het is het beste om de kleine 5 ml gegradueerde glazen cilinder te gebruiken voor het meten van de oleylamine en tolueen. Wees voorzichtig om de oleylamine niet te morsen, omdat het corrosief en giftig is. - Schroef de ptfe-gevoerde dop terug op de glazen flacon van 20 ml met de oleylamine en tolueen erin. Schud en wervel de gesloten glazen flacon om de oleylamine- en tolueenoplossing samen te mengen.
- Open de glazen flacon met 20 ml oplossing. Giet voorzichtig de ~150 mg tetrachloroaurinezuurpoeder in de glazen flacon met de oleylamine- en tolueenoplossing.
- Schroef de met PTFE beklede doppen terug op de glazen flacons. Schud en wervel de gesloten glazen flacon met het tetrachloroauric zuur, oleylamine en tolueen om de oplossing samen te mengen. Blijf de oplossing schudden en zorg ervoor dat deze grondig wordt gemengd.
OPMERKING: De tetrachloorbirinezuur-, oleylamine- en tolueeninjectieoplossing moet na schudden en mengen donkerrood of paars worden, zoals aangegeven in aanvullende figuur 4.
8. Injectie van het tetrachloooraurinezuur, oleylamine en tolueenoplossing in het vat
- Zorg ervoor dat er langzaam water in de bodem van de condensorbuis stroomt en de bovenkant van de condensorbuis omhoog. Stel de waterstroom zo nodig in door de waterklep voorzichtig te openen/sluiten.
- Zorg ervoor dat de oleylamine- en tolueenoplossing in het glazen reactievat zacht aan de kook is, waarbij wat tolueen en oleylamine in de condensorbuis verdampen. Zorg ervoor dat de magneetroerder is ingeschakeld.
- Til de condensorbuis boven het reactievat en gebruik de standaard met klemmen om het glaswerk te ondersteunen. Zorg ervoor dat er voldoende ruimte en speling is om het tetrachloorbizijnzuur, oleylamine en tolueenoplossing in het reactievat te injecteren.
- Verwijder de lange gegradueerde glazen pipet van de aluminiumfolie (die de pipet beschermde om hem schoon te houden) en bevestig de rubberen lamp met kleppen aan de pipet. Zorg ervoor dat u vertrouwd bent met het bedienen van de rubberen lamp met kleppen om een oplossing op te zuigen en uit te spuiten met de lange gegradueerde glazen pipet voordat u deze gebruikt.
- Schud de gesloten niet-waterige glazen flacon van 20 ml met de ptfe-gevoerde dop met de tetrachloorbirinezuur,oleylamine en tolueen injectieoplossing en zorg ervoor dat deze goed gemengd is. Open de glazen flacon van 20 ml met de injectieoplossing door de dop te verwijderen.
- Druk op de bovenste klep terwijl u de rubberen lamp knijpt om de rubberen lamp leeg te laten lopen. Plaats voorzichtig de punt van de lange gegradueerde glazen pipet in de glazen flacon van 20 ml met het tetrachloroaurinezuur, oleylamine en tolueeninjectieoplossing.
- Druk voorzichtig op de onderste klep op de rubberen lamp die is aangesloten op de lange gegradueerde glazen pipet om langzaam alle tetrachloroaurinezuur, oleylamine en tolueeninjectieoplossing in de glazen pipet op te trekken.
OPMERKING: Aanvullende figuur 5 toont de injectieoplossing die met de rubberen lamp met kleppen in de lange gegradueerde glazen pipet wordt getrokken vlak voordat de oplossing in het reactievat wordt geïnjecteerd. Het kan nuttig zijn om te oefenen met het bedienen van de lange gegradueerde glazen pipet met de lamp met kleppen (bijv. met wat tolueen) voordat u de tetrachloroaurinezuur,oleylamine en tolueenoplossing daadwerkelijk optekent en injecteert. - Plaats voorzichtig de punt van de glazen pipet in de opening van het reactievat en injecteer snel het tetrachlooretrinezuur, oleylamine en tolueeninjectieoplossing in de kokende oplossing van oleylamine en tolueen in het reactievat.
OPMERKING: De kleur van de oplossing moet in eerste instantie binnen ongeveer een minuut veranderen van rood naar geel naar wit, omdat gouden nanodeeltjes beginnen te kernen en groeien. - Gebruik de klem op de standaard om de condensorbuis weer in het reactievat te laten zakken.
- Verwarm de chemische reactieoplossing van het gouden nanodeeltje gedurende 2 uur op een zachte kook.
OPMERKING: De tolueendamp van de kokende oplossing moet condenseren in de buis en terugdruppelen in het reactievat. Gedurende enkele minuten moet de kleur van het reactiemengsel veranderen van wit naar geel naar lichtroze en vervolgens naar rood naarmate de gouden nanodeeltjes groter worden. In de loop van 1-2 uur moet de kleur van het reactiemengsel geleidelijk veranderen van lichtrood naar dieprood / paars. - Na 2 uur verwarmen van de reactieoplossing, zet de kachel uit.
OPMERKING: Op dit punt kan de oplossing op natuurlijke wijze worden afgekoeld tot kamertemperatuur, of de oplossing kan onmiddellijk worden gedoofd door ~ 100 ml methanol aan de oplossing toe te voegen. De bekendste praktijk vanaf nu is om de oplossing op natuurlijke wijze af te laten koelen in plaats van de oplossing meteen te doven. - Laat de oplossing gedurende 1 uur op natuurlijke wijze afkoelen tot kamertemperatuur (aanbevolen); of blus de gouden nanodeeltjesoplossing onmiddellijk met 100 ml methanol (niet aanbevolen).
9. De reactie doven met Methanol na het koelen van de Gold Nanoparticle-oplossing
- Zorg ervoor dat de kachel is uitgeschakeld en dat de oplossing is afgekoeld.
- Stop met stromend water door de condensorbuis. Verwijder voorzichtig de waterafvoerslang uit de gootsteen/afvoer in de aangrenzende zuurkast en sluit deze aan op de vacuümpoort in de zuurkast.
- Trek vacuüm aan de afvoerslang om het water in de condensorbuis en de afvoerslang weg te zuigen. Verwijder de condensorbuis voorzichtig van de standaard met de klem en leg deze horizontaal in het stikstofhandschoenkastje.
OPMERKING: Het vacuüm dat op de glazen condensorbuis wordt getrokken, moet het water in de condensorbuis verdampen. - Giet in het stikstofhandschoenkastje ~35 ml methanol in elk van de 50 ml conische centrifugebuizen (hoeveelheid 12).
OPMERKING: Methanol zal worden gebruikt om niet-gereageerde reagentia en bijproducten uit het syntheseproces te verwijderen, om de gouden nanodeeltjes te reinigen en te wassen. De centrifugebuizen van 50 ml moeten rechtop in reageerbuisrekken worden gehouden. - Giet de gouden nanodeeltjesoplossing in gelijke volumes (~12 ml) in elk van de 50 ml centrifugebuizen (hoeveelheid 12) met methanol. Zorg ervoor dat u de magnetische roerstaaf niet per ongeluk uitgiet terwijl u de gouden nanodeeltjesoplossing in elke centrifugebuis giet.
OPMERKING: Aanvullende figuur 6 toont ~12 ml gouden nanodeeltjesoplossing die in elk van de 50 ml conische centrifugebuizen met methanol wordt gegoten. Na het gieten van ~12 ml gouden nanodeeltjesoplossing in elk van de 50 ml conische centrifugebuizen met ~ 35 ml methanol, moet elke centrifugebuis ~ 47 ml oplossing hebben (iets onder de 50 ml-markering). - Verdeel de resterende gouden nanodeeltjesoplossing gelijkmatig over de centrifugebuizen.
- Schroef de doppen op de centrifugebuizen van 50 ml om ze te sluiten en de doppen vast te draaien.
- Koppel de inlaat- en uitlaatslangen los van de glazen condensorbuis, sluit de inlaat- en uitlaatslangen aan door de ene in de andere te voeren en wikkel vervolgens de aansluiting van de buizen met laboratoriumfolie om de verbinding af te dichten. Schakel het vacuüm uit dat op de slangen wordt getrokken.
OPMERKING: De buizen zijn aangesloten en verzegeld om te voorkomen dat water of waterdamp per ongeluk in het stikstofhandschoenkastje komt. - Verwijder de 50 ml conische centrifugebuizen met de gouden nanodeeltjesoplossing en methanol uit het stikstofhandschoenkastje via het laadslot. Haal ook de methanolfles en tolueenfles uit het stikstofhandschoenkastje. Plaats ze in de aangrenzende zuurkast.
- Verwijder ook het glazen reactievat, de magnetische roerstaaf, de glazen condensorbuis, de lange glazen gegradueerde pipet en de rubberen lamp met kleppen uit het stikstofhandschoenkastje door het laadslot. Plaats ze in de aangrenzende zuurkast.
- Label de bovenkant van elke centrifugebuis van 50 ml op de doppen met een monsternummer (bijv. 1, 2, 3, 4, ...) om de verschillende monsters bij te houden.
OPMERKING: Na het verwijderen van de gouden nanodeeltjesoplossing en glaswerk/benodigdheden moet het stikstofhandschoenkastje enkele uren of 's nachts worden geventileerd door verse stikstof in het handschoenenkastje te laten stromen terwijl u een licht vacuüm trekt om de tolueen/oleylaminedamp uit te spoelen en te ventileren. De vacuümuitlaatleiding moet worden ontlucht in een zuurkast. Het stikstofhandschoenkastje moet ook worden geregenereerd met regeneratiegas om vocht/oplosmiddelen uit het filtratiesysteem te verwijderen. Sommige stikstofhandschoendozen kunnen ook worden geleverd met een oplosmiddelval, die helpt bij het verwijderen van oplosmiddeldampen.
10. Wassen en zuiveren van de gouden nanodeeltjes met tolueen en methanol
OPMERKING: Elke centrifugebuis van 50 ml met gouden nanodeeltjes wordt 3 keer gewassen en gezuiverd met 10 ml tolueen en 40 ml methanol, waarbij de gouden nanodeeltjes in batches van 6 centrifugebuizen tegelijk worden gereinigd. De centrifugebuizen moeten een gelijke hoeveelheid gouden nanodeeltjesoplossing hebben en moeten even gewogen en uitgebalanceerd zijn.
- Plaats 6 van de 50 ml centrifugebuizen met gouden nanodeeltjesoplossing in de centrifuge.
- Sluit het deksel van de centrifuge en voer de volgende instellingen in voor het draaien van de gouden nanodeeltjes:
TOERENTAL: 2328
RCF: 1000
Tijd: 5 minuten - Begin met het draaien van 6 van de 12 conische centrifugebuizen met de gouden nanodeeltjesoplossing en methanol in de centrifuge.
- Nadat de eerste 6 centrifugebuizen met gouden nanodeeltjes zijn gedraaid, verwijdert u de buizen voorzichtig uit de centrifuge. Zorg ervoor dat u de gouden nanodeeltjeskorrels niet verstoort tijdens het plaatsen van de centrifugebuizen in de buisrekken.
OPMERKING: Aanvullende figuur 7 laat zien hoe de gouden nanodeeltjesoplossing na centrifugeren in de conische centrifugebuizen van 50 ml moet verschijnen. De centrifugale kracht trekt de gouden nanodeeltjes in oplossing naar beneden en scheidt ze van het methanol en tolueen. De gouden nanodeeltjes zullen neerslaan in pellets aan de onderkant van elke centrifugebuis. De supernatant methanol/tolueenoplossing lijkt helder/transparant boven de donkergouden nanodeeltjeskorrels, wat aangeeft dat centrifugeren de gouden nanodeeltjes uit de oplossing heeft neergeslagen. - Plaats de laatste 6 van de 12 conische centrifugebuizen met de gouden nanodeeltjesoplossing en methanol in de centrifuge. Sluit het deksel van de centrifuge en voer dezelfde centrifuge-instellingen in als voorheen. Begin met het draaien van de buizen in de centrifuge.
- Nadat de laatste 6 centrifugebuizen klaar zijn met draaien, verwijdert u de buizen voorzichtig uit de centrifuge. Zorg ervoor dat u de gouden nanodeeltjeskorrels niet verstoort tijdens het plaatsen van de centrifugebuizen in de buisrekken.
- Draag alle centrifugebuizen met de gouden nanodeeltjes voorzichtig naar de zuurkast en probeer ze tijdens het transport niet te verstoren of te roeren.
- Giet het afval methanol langzaam en voorzichtig uit in een brandbaar afvalvat/bekerglas. Zorg ervoor dat u de zwarte gouden nanodeeltjeskorrels aan de onderkant van de centrifugebuizen niet stoort en niet uitgiet of verliest.
OPMERKING: De eerste methanolspoelcyclus is nu voltooid. - Begin de tweede methanol spoelcyclus door ~10 ml verse tolueen in elk van de conische centrifugebuizen met zwarte nanodeeltjeskorrels in de zuurkast te gieten. Schroef de doppen weer vast om de centrifugebuizen van 50 ml te sluiten.
- Vortex elk van de 50 ml centrifugebuizen totdat de zwarte vloeistof / neerslag / gouden nanodeeltjes worden geresuspendeerd en verspreid in de 10 ml tolueenoplossing en de oplossing er troebel / donker uitziet. Controleer de bodem van elke centrifugebuis om er zeker van te zijn dat het grootste deel van het zwarte residu (gouden nanodeeltjes) in oplossing is geresuspendeerd.
OPMERKING: Aanvullende figuur 8 toont de centrifugebuizen met gouden nanodeeltjesoplossing en tolueen die worden geko vortexed en geresuspendeerd. Vortexing is veel beter en zachter op de gouden nanodeeltjes dan het soniceren van de gouden nanodeeltjes. Soniceer de gouden nanodeeltjes niet, omdat sonicatie de oleylamine liganden van de gouden nanodeeltjes kan verwijderen en aggregatie en sedimentatie van de gouden nanodeeltjes kan veroorzaken.
OPMERKING: Aanvullende figuur 9 laat zien hoe de gouden nanodeeltjesoplossing moet verschijnen wanneer de gouden nanodeeltjes in oplossing worden geresuspendeerd door elke gouden nanodeeltjeskorrel met ~ 10 ml tolueen te vortexen. - Giet ~ 40 ml verse methanol in elk van de conische centrifugebuizen met tolueen en nanodeeltjes, zodat met de 10 ml tolueen die al in elke centrifugebuis zit, er in totaal ~ 50 ml oplossing in elke 50 ml centrifugebuis zit. Schroef de doppen terug op de centrifugebuizen van 50 ml om de buizen te sluiten en zorg ervoor dat de doppen goed vastzitten.
- Plaats de centrifugebuizen in de centrifuge. Draai de centrifugebuizen in de centrifuge om de gouden nanodeeltjes te verzamelen in een pellet aan de onderkant van elke buis, 6 centrifugebuizen tegelijk. Gebruik dezelfde centrifuge-instellingen als voorheen (RCF 1000, 5 minuten).
- Nadat de centrifuge is gestopt, haalt u de buizen voorzichtig uit de nanodeeltjes en brengt u ze voorzichtig naar de zuurkast (probeer ze tijdens het transport niet te verstoren of te roeren). Giet het afvaltolutie en methanol voorzichtig uit in het brandbare afvalvat/bekerglas.
OPMERKING: De tweede methanolspoelcyclus is nu voltooid. - Volg voor de derde en laatste spoelcyclus hetzelfde proces als voorheen voor vortexing in 10 ml tolueen, reiniging in 40 ml methanol, centrifugeren en voorzichtig uitgieten van het tolueen / methanol-oplosmiddel. Zorg ervoor dat de gouden nanodeeltjes in elk van de 50 ml centrifugebuizen opnieuw worden besuspendeerd met tolueen en 3 keer worden gewassen met methanol.
11. Het drogen van de Gouden Nanodeeltjes
OPMERKING: Nadat de gouden nanodeeltjes in de centrifugebuizen van 50 ml 3 keer zijn gewassen en het tolueen en methanol voor de laatste keer zijn uitgegoten, moeten de gouden nanodeeltjes worden gedroogd om het resterende oplosmiddel te verdampen. Er zijn twee manieren om de gouden nanodeeltjes te drogen en het oplosmiddel te verdampen:
- Optie 1 - Stikstofpistool (niet aanbevolen):
- Gebruik een stikstofpistool of -klep in de zuurkast om de centrifugebuizen met de zwarte pellets van gouden nanodeeltjes aan de onderkant van de buizen voorzichtig te föhnen.
- Zorg ervoor dat u niet te veel stikstofdruk gebruikt, anders kunnen de fragiele gouden nanodeeltjeskorrels loskomen.
OPMERKING: Het drogen van de gouden nanodeeltjes met het stikstofpistool is niet ideaal omdat het ervoor kan zorgen dat de gouden nanodeeltjeskorrels beschadigd/verloren gaan.
- Optie 2 - Vacuüm drogen (aanbevolen):
- Maak de doppen op de 50 ml centrifugebuizen los met gouden nanodeeltjeskorrels, zodat de buizen nog bedekt zijn, maar oplosmiddel kan verdampen en ontsnappen uit de buizen.
- Plaats het buizenrek met gouden nanodeeltjes in het vacuümlastslot van het stikstofhandschoenkastje. Sluit en sluit de buitenste laadslotdeur en open de klep naar de vacuümpomp om vacuüm op het laadslot te trekken.
- Pomp tot ongeveer de helft van de manometerdruk (~-15 inHg) om het oplosmiddel te verdampen en de nanodeeltjes te drogen.
- Laat de gouden nanodeeltjes in het laadslot bij een matige vacuümdruk (halve meter, ~-15 inHg) gedurende ~5 minuten. Pomp niet naar beneden tot een lagere druk en laat niet te lang in vacuüm staan, anders kunnen de oleylamine liganden losraken.
- Nadat de gouden nanodeeltjes een paar minuten onder vacuüm hebben gelopen om de gouden nanodeeltjes te drogen en het resterende oplosmiddel te verdampen, reinigt u het ladingsslot met stikstof totdat het belastingsslot atmosferische druk bereikt.
- Verwijder de centrifugebuizen van 50 ml met gouden nanodeeltjes uit het laadslot en inspecteer de droogheid van de gouden nanodeeltjeskorrels in de zuurkast.
OPMERKING: Aanvullende figuur 10 laat zien hoe een gedroogde gouden nanodeeltjeskorrel aan de onderkant van een conische centrifugebuis van 50 ml moet zorgen na vacuümdrogen. Als er nog steeds een oplosmiddel in de 50 ml conische centrifugebuis zit, moeten de gouden nanodeeltjes verder worden gedroogd om het resterende oplosmiddel te verdampen. Vacuümdrogen is de voorkeursmethode voor drogen omdat het minder kans heeft om de gouden nanodeeltjeskorrel te beschadigen of te verliezen, in vergelijking met agressievere methoden zoals het drogen van stikstofkanonen. Als er geen vacuümladingsslot beschikbaar is of indien gewenst, kunnen de gouden nanodeeltjes ook in een vacuümdesiccator worden gedroogd.
- Nadat de gouden nanodeeltjeskorrels droog zijn, schroeft u de doppen stevig terug op de centrifugebuizen.
- Wikkel laboratoriumfolie rond de goed gesloten doppen om de centrifugebuizen af te dichten met de gouden nanodeeltjeskorrels erin.
- Etiketteer de centrifugebuizen van 50 ml met gouden nanodeeltjesprecipitaatkorrels met een passend beschrijvend etiket, zoals "Dried Au NP" en de datum (bijv. 28-9-2020).
- Plaats de verzegelde centrifugebuizen met gedroogde gouden nanodeeltjeskorrels in een koelkast van 2 °C - 8 °C. Gebruik een lade of 50 ml conische centrifugebuisrekken om de buizen rechtop te houden.
OPMERKING: Aanvullende figuur 11 toont de centrifugebuizen afgedekt, omwikkeld met laboratoriumfolie, gelabeld en opgeslagen in een koelkast van 2 °C - 8 °C. Elke centrifugebuis kan in de koelkast worden bewaard totdat deze wordt gebruikt om een oplossing van geresuspendeerde gouden nanodeeltjes te maken.
12. Reinig het chemische reactieglaswerk (na de synthese van gouden nanodeeltjes)
LET OP: Goud etchant TFA en aqua regia zijn corrosief. Draag de nodige persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM' s), zoals chemische handschoenen, chemische kleding, een bril en een gezichtsscherm. Behandel de corrosieve oplossing alleen in een zure natte bank terwijl u de benodigde PBM draagt.
- Maak in de zuurkast het glazen reactievat schoon met aceton en draai de aceton rond in het glazen reactievat om de resterende gouden nanodeeltjesoplossing weg te spoelen, dump vervolgens de vuile aceton in een vuil oplosmiddelopvangbeker en gooi het vuile oplosmiddel weg in een brandbare afvalfles.
- Plaats in de zure natte bank het glazen reactievat met de daaraan bevestigde condensorbuis in een bekerglas van 600 ml voor ondersteuning en plaats de zijkant van de condensorbuis tegen de zijwand van de zure natte bank voor verdere ondersteuning.
- Reinig het chemische reactieglaswerk (condensorbuis, reactievat, glazen pipet) en de magnetische roerstaaf door de gebruikte ~ 300 ml goud etchant TFA-oplossing (die eerder werd opgeslagen en gereserveerd voor hergebruik) te gieten die 1:1 met DI-water in de condensorbuis en het glaswerk van het reactievat werd gemengd. Plaats de magneetroerstaaf en de lange glazen gegradueerde pipet in de condensorbuis. Vul de condensorbuis zo nodig met DI-water om deze af te maken en laat het gouden etchant TFA-bad 30 minuten zitten en maak het glaswerk schoon.
- Na 30 minuten, scheur de afdichting tussen de condensorbuis en het reactievat om alle goud etchant-oplossing in het reactievat te verzamelen en giet de gebruikte goud etchant-oplossing in de beker van 400 ml. Giet de goud etchant oplossing in de chemische afvalfles voor gebruikte goud etchant oplossing.
- Nog steeds in de zure natte bank, was het chemische reactieglaswerk en de magnetische roerstaaf 3-4 keer met DI-water om de resterende goud-etchant-oplossing weg te spoelen en laat vervolgens het chemische reactieglaswerk en de magnetische roerstaaf nog 30 minuten in een DI-waterbad zitten.
- Na 30 minuten in een DI-waterbad te hebben gezeten, leegt u het water en gebruikt u het DI-waterpistool om het water door de zure natte bankafvoer te wassen. Spoel af met aceton en blaas het glaswerk vervolgens droog met het stikstofpistool.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figuur 1 laat zien hoe de chemische reactiemengseloplossing voor de synthese van gouden nanodeeltjes (tetrachloorfinezuur, oleylamine en tolueen) in de loop van enkele minuten geleidelijk van kleur moet veranderen, omdat deze in eerste instantie in het reactievat kookt; van helder, naar lichtgeel (linkerafbeelding), naar lichtroze (middelste afbeelding), naar lichtrood (rechterafbeelding). De veranderende kleur van de oplossing is een indicatie van de veranderende grootte van de gouden nanodeeltjes als ze beginnen te kernen en in de loop van de tijd groter worden. Over het algemeen zou de gouden nanodeeltjesoplossing na verloop van tijd donkerder en roder / paarser moeten worden naarmate de gouden nanodeeltjes nucleeren en groeien. Figuur 2 toont de uiteindelijke donkerrode/paarse kleur van de chemische reactiemengseloplossing voor de gouden nanodeeltjessynthese na 2 uur koken. De donkerrode/paarse kleur van de gouden nanodeeltjesoplossing is kenmerkend voor een geconcentreerde oplossing van gouden nanodeeltjes met een diameter van ~ 12 nm. Figuur 3 toont een scan elektronenmicroscoop (SEM) afbeelding van een gouden nanodeeltjes monolaag (na te zijn afgezet op een siliciumsubstraat) die wordt gebruikt om de grootte en monodispersiteit van de gouden nanodeeltjes te karakteriseren. De gouden nanodeeltjes moeten allemaal ongeveer dezelfde grootte/diameter hebben als ze zeer monodispers zijn. Als de gouden nanodeeltjes polydisperse zijn, zullen ze grote variaties hebben in hun grootte / diameter. Voor de meeste toepassingen heeft monodispersiteit meestal de voorkeur in plaats van polydispersiteit. Figuur 4 toont een scan elektronenmicroscoop (SEM) afbeelding van gouden nanodeeltjes en hun diametermetingen, die een diameter van ~12 nm ± 2 nm voor de gouden nanodeeltjes aangeeft. Deze gouden nanodeeltjes lijken vrij monodisperse te zijn.
| Type oplossing | Artikelnummer | Hoeveelheid en type chemische stof | Opmerkingen/Beschrijving |
| injectie | 1 | 150 mg tetrachloooraurinezuur (HAuCl4) (0,15 mmol) | voor injectie in reactievat |
| 2 | 3,0 g oleylamine | ||
| 3 | 3,0 ml tolueen | ||
| kokend | 1 | 5,1 g oleylamine | voor koken in reactievat |
| 2 | 147 ml tolueen | ||
| Wassen/zuiveren | 1 | 10 ml tolueen (x3 wasbeurten) (x12 buizen) = 360 ml tolueen | voor het wassen/zuiveren van gouden nanodeeltjes |
| 2 | 40 ml methanol (x3 wasbeurten) (x12 buizen) = 1,44 L methanol | ||
| Gouden Etchant | 1 | 150 ml goud etchant TFA [of aqua regia] | voor het reinigen van chemisch reactieglaswerk/benodigdheden |
| 2 | 150 ml gedeioneerd (DI) water |
Tabel 1: Chemische hoeveelheden Deze tabel toont de hoeveelheid en het type chemicaliën die nodig zijn voor het bereiden van de injectieoplossing, kookoplossing, was-/zuiveringsoplossing en goud-etchant-oplossing.
Aanvullende figuur 1: Reiniging chemisch reactieglaswerk met gold etchant TFA-oplossing. Deze figuur toont het chemische reactieglaswerk (condensorbuis, reactievat, glazen pipet) en magnetische roerstaaf die wordt gereinigd met een ~300 ml mengsel van ~150 ml van de gouden etchant TFA-oplossing en ~150 ml DI-water (1:1 mengsel) in de condensorbuis en het glaswerk van het reactievat. De magnetische roerstaaf en lange glazen gegradueerde pipet worden in de condensorbuis geplaatst en het gouden etchant TFA-bad wordt achtergelaten om het glaswerk 30 minuten in de zure natte bank te reinigen. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 2: Schoon glaswerk en benodigdheden voordat ze worden overgebracht naar het stikstofhandschoenkastje. Deze figuur toont het glaswerk en de benodigdheden na reiniging en droog. Het glaswerk en de benodigdheden zijn verpakt/ bedekt met aluminiumfolie om ze te beschermen tegen vuil / vuil voordat ze in het stikstofhandschoenkastje worden overgebracht. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 3: Gold Nanoparticle Synthesis Experimental Setup in Nitrogen Glove Box. Deze figuur toont de gouden nanodeeltjessynthese experimentele opstelling in het stikstofhandschoenkastje. Het glasreactievat rust bovenop de glasvezelgaashouder bovenop de kachel/roerder en de condensorbuis is bovenop het glasreactievat aangesloten. De condensorbuis wordt mechanisch ondersteund door de standaard met de klem. Er zijn twee slangen verbonden met de waterinlaat- en uitlaatpoorten van de condensorbuis (met de inlaatpoort aan de onderkant van de buis en de uitlaatpoort aan de bovenkant van de buis) zodat water van de bodem van de condensorbuis naar de bovenkant van de condensorbuis stroomt, de buis afkoelt en de damp binnenin condenseert. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 4: Tetrachloorbizijnzuur, Oleylamine en tolueenoplossing mengen vóór injectie. Deze figuur toont de tetrachloroaurinezuur, oleylamine en tolueen injectieoplossing na te zijn gemengd in een niet-waterige oplossing 20 ml glazen flacon met een PTFE-gevoerde dop. De injectieoplossing moet er na het schudden en mengen donkerrood of paars uitzien. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 5: Voorbereiding om oplossing te injecteren in reactievat met behulp van glazen pipet. Deze figuur toont de tetrachloroaurinezuur, oleylamine en tolueeninjectieoplossing die in de lange gegradueerde glazen pipet met de rubberen bol met kleppen wordt getrokken, net voordat de oplossing snel met één snelle spuit in de kokende oplossing van oleylamine en tolueen in het glazen reactievat wordt geïnjecteerd. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 6: Gieten ~12 ml gouden nanodeeltjesoplossing in elke 50 ml conische centrifugebuis. Deze figuur toont ~ 12 ml gouden nanodeeltjesoplossing die gelijkmatig in elk van de 50 ml conische centrifugebuizen wordt gegoten met ~ 35 ml methanol in elke buis. Methanol wordt gebruikt om niet-gereageerde grondstoffen en bijproducten te verwijderen, om de gouden nanodeeltjes te reinigen en te wassen. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullend figuur 7: 50 ml centrifugebuizen na centrifugeren, met gouden nanodeeltjeskorrels aan de onderkant. Deze figuur laat zien hoe de gouden nanodeeltjesoplossing na centrifugeren in de 50 ml conische centrifugebuizen moet verschijnen, waarbij de gouden nanodeeltjes worden verzameld in donkergouden nanodeeltjeskorrels aan de onderkant van elke centrifugebuis. Boven de donkergouden nanodeeltjeskorrels lijkt de supernatante methanol/tolueenoplossing helder/transparant te zijn, wat aangeeft dat centrifugeren de gouden nanodeeltjes uit de oplossing heeft geprecipiteerd. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 8: Vortexing 50 ml centrifugebuizen met Au NPs na het vullen met ~10 ml tolueen. Deze figuur toont de centrifugebuizen met gouden nanodeeltjesoplossing en tolueen die worden geko vortexed en geresuspendeerd. Vortexing is veel beter en zachter op de gouden nanodeeltjes dan het soniceren van de gouden nanodeeltjes. De gouden nanodeeltjes mogen niet worden gesoniceerd, omdat sonicatie de oleylamine liganden van de gouden nanodeeltjes kan verwijderen en aggregatie en sedimentatie van de gouden nanodeeltjes kan veroorzaken. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullend figuur 9: Vortex tot gold nanodeeltjes pellet/residu bijna volledig is geresuspendeerd. Deze figuur laat zien hoe de gouden nanodeeltjesoplossing moet verschijnen wanneer de gouden nanodeeltjes worden geresuspendeerd in oplossing door elke gouden nanodeeltjeskorrel te vortexen met ~ 10 ml tolueen. De centrifugebuizen van 50 ml moeten worden gewerveld totdat de zwarte vloeistof/neerslag/gouden nanodeeltjes worden geresuspendeerd en in het tolueen worden verspreid en de oplossing er troebel/donker uitziet. De bodem van de centrifugebuis moet worden gecontroleerd om er zeker van te zijn dat vrijwel alle of het grootste deel van het zwarte nanodeeltjesresidu in oplossing is omgezet. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullend figuur 10: Gedroogde gouden nanodeeltjeskorrel in 50 ml conische centrifugebuis. Deze figuur laat zien hoe een gedroogde gouden nanodeeltjeskorrel aan de onderkant van een conische centrifugebuis van 50 ml eruit moet zien, na vacuümdrogen. Nadat de gouden nanodeeltjes in de centrifugebuis van 50 ml 3 keer afzonderlijk zijn gewassen en het tolueen en methanol voor de laatste keer zijn uitgestort, moeten de gouden nanodeeltjes worden gedroogd om het resterende oplosmiddel te verdampen. Vacuümdrogen is de voorkeursmethode voor drogen omdat het minder kans heeft om de gouden nanodeeltjeskorrel te beschadigen of te verliezen, in vergelijking met agressievere methoden zoals het drogen van stikstofkanonen. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 11: Dopbuizen, wrap met laboratoriumfolie, labelbuizen en bewaren in koelkast van 2 °C - 8 °C. Deze afbeelding toont de centrifugebuizen afgedekt, verpakt met laboratoriumfolie, gelabeld en opgeslagen in een koelkast van 2 °C - 8 °C. De centrifugebuizen van 50 ml met gouden nanodeeltjesprecipitaatkorrels moeten worden voorzien van een passend beschrijvend etiket, zoals de naam, het monsternummer en de datum. Een dienblad of 50 ml conische centrifugebuisrekken kunnen worden gebruikt om de buizen rechtop in de koelkast te houden. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Figuur 1: Gouden nanodeeltjesoplossing verandert van kleur gedurende enkele minuten na injectie. Deze figuur laat zien hoe de chemische reactiemengseloplossing voor de synthese van gouden nanodeeltjes (tetrachlooretrinezuur, oleylamine en tolueen) geleidelijk van kleur moet veranderen in de loop van enkele minuten, omdat deze in eerste instantie in het reactievat kookt; van helder, naar lichtgeel (linkerafbeelding), naar lichtroze (middelste afbeelding), naar lichtrood (rechterafbeelding). De veranderende kleur van de oplossing is een indicatie van de veranderende grootte van de gouden nanodeeltjes als ze beginnen te kernen en in de loop van de tijd groter worden. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2: Gold Nanoparticle Solution is donkerrood/paars na 2 uur koken. Deze figuur toont de uiteindelijke donkerrode/paarse kleur van de chemische reactiemengseloplossing voor de gouden nanodeeltjessynthese na 2 uur koken in het reactievat. De donkerrode/paarse kleur van de gouden nanodeeltjesoplossing is kenmerkend voor een geconcentreerde oplossing van gouden nanodeeltjes met een diameter van ~ 12 nm. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 3: Scanning Electron Microscope (SEM) Afbeelding van Gold Nanoparticle Monolayer. Deze figuur toont een scanning elektronenmicroscoop (SEM) afbeelding van een gouden nanodeeltjes monolaag (na te zijn afgezet op een silicium substraat) die wordt gebruikt om de grootte en monodispersiteit van de gouden nanodeeltjes te karakteriseren. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 4: Scanning Electron Microscope (SEM) Afbeelding met Gouden Nanodeeltjes Diameter Metingen. Deze figuur toont een scanning elektronenmicroscoop (SEM) afbeelding van gouden nanodeeltjes en hun diametermetingen, die een diameter van ~12 nm +/- 2 nm voor de gouden nanodeeltjes aangeeft. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Het uitvoeren van het gouden nanodeeltjessyntheseprotocol zoals hierboven gepresenteerd, zou gouden nanodeeltjes moeten produceren met een diameter van ~ 12 nm en een vrij hoge monodispersiteit (± 2 nm). Er zijn echter enkele kritieke stappen en procesparameters die kunnen worden aangepast om mogelijk de grootte / diameter en monodispersiteit / polydispersiteit van de gouden nanodeeltjes te wijzigen. Bijvoorbeeld, na het injecteren van de precursoroplossing in het reactievat en het toestaan van de tetrachloroaurinezuur, oleylamine en tolueenoplossing om twee uur te koken, is er een optie om ofwel onmiddellijk de reactieoplossing te doven of om vertraagd blussen en natuurlijke koeling te doen. Als onmiddellijke doven gewenst is, wordt net nadat de 2 uur durende verwarmde reactiestap is voltooid, 100 ml methanol aan het reactievat toegevoegd om het gouden nanodeeltjesproduct neer te zetten. Onmiddellijke doven kan zorgen voor betere dispersierelaties omdat de nucleatie ongeveer tegelijkertijd plaatsvindt voor alle nanodeeltjes in de verzadigde oplossing; terwijl hoe langer de oplossing ongekreukt blijft, hoe groter maar meer gerandomiseerd de grootte van de nanodeeltjes wordt. Als vertraagd doven en natuurlijke koeling in plaats daarvan gewenst is, mag de oplossing na de 2 uur durende verwarmde reactiestap op natuurlijke wijze afkoelen tot kamertemperatuur gedurende 1 uur. Als alternatief kan de oplossing nog langer worden laten afkoelen, tot de volgende dag (bijv. 's nachts wachten) voordat 100 ml methanol wordt toegevoegd om het gouden nanodeeltjesproduct neer te doen. Onderzoekers willen misschien experimenteren met zowel onmiddellijk blussen als vertraagd blussen, en 1 uur vertraagd blussen versus 's nachts vertraagd blussen om te bepalen welke methode de beste resultaten oplevert voor het maken van grote en zeer monodisperse gouden nanodeeltjes. Een uur vertraagd doven is de procedure die momenteel wordt aanbevolen om gouden nanodeeltjes te produceren die sterk monodispers zijn, maar het is nog niet bepaald welke procedure superieure resultaten oplevert, dus sommige verdere experimentele onderzoeken kunnen nuttig zijn.
Een andere cruciale stap in het protocol die de monodispersiteit van de gouden nanodeeltjes beïnvloedt, is een snelle injectie van de precursor, zodat de verzadigde oplossing in een zeer kort tijdsinterval zoveel mogelijk kernen kan vormen. Kort na de voorloperinjectie vormen zich weinig nieuwe kernen en mogen goudatomen zich alleen aansluiten bij bestaande kernen. Wat nodig is voor een hoge monodispersiteit is een lange, consistente groeiperiode ten opzichte van de nucleatieperiode. Een hoge groei:nucleatietijdverhouding zou de monodispersiteit ten goede moeten komen. In dit verband is het zeer snel injecteren van de precursoroplossing belangrijk voor een hoge monodispersiteit, en wachten om de reactie te doven (vertraagd blussen) kan ook gunstig zijn voor het verhogen van de monodispersiteit. Het concurrerende mechanisme van Ostwald rijping13 is echter een drijvende factor voor polydispersiteit. De oppervlakte-energie van goudatomen op het oppervlak van kleine nanodeeltjes is hoger dan de oppervlakte-energie van goudatomen op het oppervlak van grote nanodeeltjes. Ostwald rijping is een thermodynamische drijvende kracht voor het krimpen van kleine nanodeeltjes en het kweken van grote14. Dit is een fenomeen dat in de loop van de tijd in oplossing kan gebeuren.
Een andere variabele om te overwegen is de stabiliteit van de oleylamine ligand laag op de gouden nanodeeltjes, en hoe goed de gouden nanodeeltjes oppervlakken zijn door de oleylamine liganden. Hoewel er geen indicator is voor de progressie van de oppervlakte passivering op verschillende punten in de gouden nanodeeltjessynthesereactie, kan men zich voorstellen hoe de oppervlakte passivering in de loop van de tijd moet evolueren. Aan het begin van de reactie zijn er geen gouden nanodeeltjes, en oleylamine werkt eigenlijk als een reducerend middel, om het goud te bevrijden van zijn chloorbindingen. Aan het einde van de reactie moeten de gouden nanodeeltjesoppervlakken volledig worden ge passiveerd. Idealiter zou de reactie lang genoeg moeten kunnen doorgaan om de oppervlakken van de gouden nanodeeltjes volledig te laten passiveren, maar niet zo lang dat ostwald rijping de gouden nanodeeltjes polydisperse begint te maken in plaats van monodisperse.
Over het algemeen zijn de dingen om rekening mee te houden bij het doven van de reactie de groei: nucleatietijdverhouding, het minimaliseren van de rijpingstijd van Ostwald en het toestaan van voldoende tijd voor oppervlakte passivering. Het is nog niet bewezen of vertraagd doven of onmiddellijk blussen superieure resultaten oplevert (d.w.z. grote, sterk ge passiveerde en zeer monodisperse gouden nanodeeltjes). Enigszins vertraagd blussen (bijv. waardoor de oplossing na het koken 1 uur na het koken tot kamertemperatuur kan afkoelen) kan echter zeer monodisperse gouden nanodeeltjes produceren, dus enige eindige vertraging voordat de reactie wordt gedoofd, is acceptabel. Om meer duidelijkheid te verschaffen over de vraag of onmiddellijk blussen of vertraagd blussen beter is voor het produceren van grote en zeer monodisperse gouden nanodeeltjes, zou een nuttig experiment of wijziging voor het oplossen van problemen met de techniek zijn om de gouden nanodeeltjessyntheseoplossing na het koken in twee verschillende batches te scheiden en de onmiddellijke nareactie te doven parallel met vertraagd blussen. De uitkomst van dit experiment/modificatie kan bepalen of het nucleatietijdvenster zo kort is dat de extra tijd (een uur of een nacht/dag later) voor koeling niet nodig is voor groei, en een combinatie van Ostwald rijping en oppervlakte passivering vermindert eigenlijk de monodispersiteit (of verhoogt de polydispersiteit) van de gouden nanodeeltjes tijdens de coolingdown/delay voor het doven.
De laatste overweging voor deze gouden nanodeeltjessynthesemethode is hoe de gouden nanodeeltjes worden opgeslagen en gebruikt. Na het syntheseproces en het reinigingsproces worden de gouden nanodeeltjes voorzichtig gedroogd, hetzij met behulp van een stikstofpistool of onder vacuüm. Het wordt ten zeerste aanbevolen dat de gouden nanodeeltjes worden gedroogd in een vacuümomgeving in plaats van een stikstofpistool te gebruiken, omdat het stikstofpistool de zwarte pellet van gouden nanodeeltjes kan losmaken en ervoor kan zorgen dat het verloren / besmet / beschadigd raakt. Het drogen van de gouden nanodeeltjes in een vacuümomgeving is veel zachter en voorkomt dat de gouden nanodeeltjeskorrel losraakt of verloren gaat. Na het drogen worden de gouden nanodeeltjes vervolgens opgeslagen in een schone en droge omgeving (bijv. in laboratoriumfolie-verzegelde conische centrifugebuizen) in een koelkast van 2 °C - 8 °C totdat ze klaar zijn voor gebruik. Deze schone, droge en koele omgeving moet de gouden nanodeeltjes een langere houdbaarheid van ongeveer een jaar geven met minimale afbraak. Om de gouden nanodeeltjes te gebruiken, kunnen ze worden geresuspendeerd in oplossingen van organische oplosmiddelen zoals tolueen door de gouden nanodeeltjes in aanwezigheid van het organische oplosmiddel te vortexen. De grootte en concentratie van de gouden nanodeeltjes in de tolueenoplossing kunnen vervolgens worden geverifieerd met behulp van UV-vis spectra karakterisering15 en indien nodig verder worden verdund met tolueen totdat de gewenste concentratie gouden nanodeeltjes is bereikt. Een beperking is dat de concentratie voor elke oplossing moet worden geanalyseerd.
Het gouden nanodeeltjessyntheseprotocol dat hier wordt gepresenteerd, is bedoeld om de synthese van gouden nanodeeltjes door niet-chemiedeskundigen mogelijk te maken. Het belang van dit protocol met betrekking tot bestaande methoden is dat het de mogelijkheid biedt om de hoeveelheid geproduceerde nanodeeltjes, de grootte van de nanodeeltjes, de monodispersiteit van de nanodeeltjes en de liganden die de gouden nanodeeltjes inkapselen, te controleren. De gouden nanodeeltjes die met behulp van dit proces worden gesynthetiseerd, zijn gebruikt om nano-elektronische apparaten te maken voor moleculaire elektronica-experimenten, zoals 2D molecuul-nanodeeltjesarrays16. In dit voorbeeld worden arrays van 2D-molecuul-nanodeeltjes gevormd door 200 μL van de verdunde gouden nanodeeltjes in tolueenoplossing te deponeren in 15 ml conische centrifugebuizen die gedeeltelijk waren gevuld met gedeïoniseerd water. De buizen werden 1 - 3 uur ongestoord gelaten om het tolueen te laten verdampen en de gouden nanodeeltjes monolagen op het wateroppervlak te vormen. Deze gouden nanodeeltjesmonolagen werden vervolgens overgebracht naar substraten zoals siliciummicrochips met behulp van PDMS-stempels, om nano-elektronische apparaten te vormen. De oleylamine liganden op de gouden nanodeeltjes werden vervolgens uitgewisseld met andere moleculen om de elektronische en thermo-elektrische eigenschappen van de gouden nanodeeltjesmolecuul monolagen17,18te veranderen . Het gouden nanodeeltjessyntheseprotocol dat hier wordt gepresenteerd, produceert hoogwaardige gouden nanodeeltjes die nuttig kunnen zijn voor veel andere gouden nanodeeltjestoepassingen binnen de wetenschap, industrie en geneeskunde.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets bekend te maken.
Acknowledgments
De auteurs willen Frank Osterloh bedanken voor de hulp bij nanodeeltjessynthesemethoden. De auteurs willen graag financiële steun van de National Science Foundation (1807555 &203665) en de Semiconductor Research Corporation (2836) erkennen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 50 mL Conical Centrifuge Tubes with Plastic Caps (Quantity: 12) | Ted Pella, Inc. | 12942 | used for cleaning/storing gold nanoparticle solution/precipitate (it's best to use 12 tubes, to allow the gold nanoparticles from the synthesis process to last up to one year (e.g., 1 tube per month)) |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 270725-2L | solvent for cleaning glassware/tubes |
| Acid Wet Bench | N/A | N/A | for cleaning chemical reaction glassware/supplies with gold etchant solution (part of wet chemical lab facilities) |
| Aluminum Foil | Reynolds | B08K3S7NG1 | for covering glassware after cleaning it to keep it clean |
| Burette Clamps | Fisher Scientific | 05-769-20 | for holding the condenser tube and reaction vessel during the synthesis process (located in the nitrogen glove box) |
| Centrifuge (with 50 mL Conical Centrifuge Tube Rotor/Adapter) | ELMI | CM-7S | for spinning the gold nanoparticles in solution and precipitating/collecting them at the bottom of the 50 mL conical centrifuge tubes |
| DI Water | Millipore | Milli-Q Direct | deionized water |
| Fume Hood | N/A | N/A | for cleaning laboratory glassware and supplies with solvents (part of wet chemical lab facilities) |
| Glass Beaker (600 mL) | Ted Pella, Inc. | 17327 | for holding reaction vessel, condenser tube, glass pipette, and magnetic stir bar during cleaning with gold etchant and then with water |
| Glass Beakers (400 mL) (Quantity: 2) | Ted Pella, Inc. | 17309 | for measuring toluene and gold etchant |
| Glass Graduated Cylinder (5 mL) | Fisher Scientific | 08-550A | for measuring toluene and oleylamine for injection |
| Glass Graduated Pipette (10 mL) | Fisher Scientific | 13-690-126 | used with the rubber bulb with valves to inject the gold nanoparticle precursor solution into the reaction vessel |
| Gold Etchant TFA | Sigma-Aldrich | 651818-500ML | (with potassium iodide) for cleaning reaction vessel, condenser tube, magnetic stir bar, glass pipette [alternatively, use Aqua Regia] |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 34863-2L | solvent for cleaning glassware/tubes |
| Liebig Condenser Tube (~500 mm) (24/40) | Fisher Scientific | 07-721C | condenser tube, attaches to glass reaction vessel |
| Magnetic Stirring Bar | Fisher Scientific | 14-513-51 | for stirring reaction solution during the synthesis process |
| Methanol (≥99.9%) | Sigma-Aldrich | 34860-2L-R | new, ≥99.9% purity (for washing gold nanoparticles after synthesis) |
| Microbalance (mg resolution) | Accuris Instruments | W3200-120 | for weighing tetrachloroauric acid powder (located in the nitrogen glove box) |
| Micropipette (1000 µL) | Fisher Scientific | FBE01000 | for measuring and dispensing liquid chemicals such as oleylamine and toluene (if using micropipette instead of graduated cylinder for measurement) |
| Micropipette Tips (1000 µL) | USA Scientific | 1111-2831 | for measuring and dispensing liquid chemicals such as oleylamine and toluene (if using micropipette instead of graduated cylinder for measurement) |
| Nitrile Gloves | Ted Pella, Inc. | 81853 | personal protective equipment (PPE), for protection, and for keeping nitrogren glove box gloves clean |
| Nitrogen Glove Box | M. Braun | LABstar pro | for performing gold nanoparticle synthesis in a dry and inert environment |
| Non-Aqueous 20 mL Glass Vials with PTFE-Lined Caps (Quantity: 2) | Fisher Scientific | 03-375-25 | for weighing tetrachloroauric acid powder and mixing with oleylamine and toluene to make injection solution |
| Oleylamine (Technical Grade, 70%) | Sigma-Aldrich | O7805-100G | technical grade, 70%, preferably new, stored in the nitrogen glove box |
| Parafilm M Sealing Film (2 in. x 250 ft) | Sigma-Aldrich | P7543 | for sealing the gold nanoparticles in the 50 mL centrifuge tubes after the synthesis process is over |
| Round Bottom Flask (250 mL) (24/40) | Wilmad-LabGlass | LG-7291-234 | glass reaction vessel, attaches to condenser tube |
| Rubber Bulb with Valves (Rubber Bulb-Type Safety Pipet Filler) | Fisher Scientific | 13-681-50 | used with the long graduated glass pipette to inject the gold nanoparticle precursor solution into the reaction vessel |
| Rubber Hoses (PVC Tubes) (Quantity: 2) | Fisher Scientific | 14-169-7D | for connecting the condenser tube to water inlet/outlet ports |
| Stainless Steel Spatula | Ted Pella, Inc. | 13590-1 | for scooping tetrachloroauric acid powder from small container |
| Stand (Base with Rod) | Fisher Scientific | 12-000-102 | for holding the condenser tube and reaction vessel during the synthesis process (located in the nitrogen glove box) |
| Stirring Heating Mantle (250 mL) | Fisher Scientific | NC1089133 | for holding and supporting reaction vessel sphere, while heating with magnetic stirrer rotating the magnetic stirrer bar |
| Tetrachloroauric(III) Acid (HAuCl4) (≥99.9%) | Sigma-Aldrich | 520918-1G | preferably new or never opened, ≥99.9% purity, stored in fridge, then opened only in the nitrogen glove box, never exposed to air/water/humidity |
| Texwipes / Kimwipes / Cleanroom Wipes | Texwipe | TX8939 | for miscellaneous cleaning and surface protection |
| Toluene (≥99.8%) | Sigma-Aldrich | 244511-2L | new, anhydrous, ≥99.8% purity |
| Tweezers | Ted Pella, Inc. | 5371-7TI | for poking small holes in aluminum foil, and for removing Parafilm |
| Vortexer | Cole-Parmer | EW-04750-51 | for vortexing the gold nanoparticles in toluene in 50 mL conical centrifuge tubes to resuspend the gold nanoparticles into the toluene solution |
References
- Sperling, R. A., Gil, P. R., Zhang, F., Zanella, M., Parak, W. J.
- Dreaden, E. C., Alkilany, A. M., Huang, X., Murphy, C. J., El-Sayed, M. A. The golden age: Gold nanoparticles for biomedicine. Chemical Society Reviews. 41 (7), 2740-2779 (2012).
- Daniel, M. -C., Astruc, D. Gold Nanoparticles: Assembly, Supramolecular Chemistry, Quantum-Size-Related Properties, and Applications toward Biology, Catalysis, and Nanotechnology. Chemical Reviews. 104 (1), 293-346 (2004).
- McCold, C. E., et al. Ligand exchange based molecular doping in 2D hybrid molecule-nanoparticle arrays: length determines exchange efficiency and conductance. Molecular Systems Design & Engineering. 2 (4), 440-448 (2017).
- Faraday, M. Experimental Relations of Gold (and other Metals) to Light. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 147, 145-181 (1857).
- Turkevich, J., Stevenson, P. C., Hillier, J. A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold. Discussions of the Faraday Society. 11, 55-75 (1951).
- Frens, G. Controlled Nucleation for the Regulation of the Particle Size in Monodisperse Gold Suspensions. Nature Physical Science. 241 (105), 20-22 (1973).
- Kimling, J., Maier, M., Okenve, B., Kotaidis, V., Ballot, H., Plech, A. Turkevich method for gold nanoparticle synthesis revisited. Journal of Physical Chemistry B. 110 (32), 15700-15707 (2006).
- Wilcoxon, J. P., Williamson, R. L., Baughman, R. Optical properties of gold colloids formed in inverse micelles. The Journal of Chemical Physics. 98 (12), 9933-9950 (1993).
- Brust, M., Walker, M., Bethell, D., Schiffrin, D. J., Whyman, R. Synthesis of thiol-derivatised gold nanoparticles in a two-phase liquid-liquid system. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. (7), 801-802 (1994).
- Zhao, P., Li, N., Astruc, D. State of the art in gold nanoparticle synthesis. Coordination Chemistry Reviews. 257 (3-4), 638-665 (2013).
- Hiramatsu, H., Osterloh, F. E. A Simple Large-Scale Synthesis of Nearly Monodisperse Gold and Silver Nanoparticles with Adjustable Sizes and with Exchangeable Surfactants. Chemistry of Materials. 16 (13), 2509-2511 (2004).
- Voorhees, P. W.
- Lifshitz, I. M., Slyozov, V. V. The kinetics of precipitation from supersaturated solid solutions. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 19 (1-2), 35-50 (1961).
- Haiss, W., Thanh, N. T. K., Aveyard, J., Fernig, D. G. Determination of Size and Concentration of Gold Nanoparticles from UV-Vis Spectra. Analytical Chemistry. 79 (11), 4215-4221 (2007).
- McCold, C. E., Fu, Q., Howe, J. Y., Hihath, J. Conductance based characterization of structure and hopping site density in 2D molecule-nanoparticle arrays. Nanoscale. 7 (36), 14937-14945 (2015).
- Hihath, S., McCold, C., March, K., Hihath, J. L. Characterization of Ligand Exchange in 2D Hybrid Molecule-nanoparticle Superlattices. Microscopy and Microanalysis. 24 (1), 1722-1723 (2018).
- McCold, C. E., et al. Molecular Control of Charge Carrier and Seebeck Coefficient in Hybrid Two-Dimensional Nanoparticle Superlattices. The Journal of Physical Chemistry C. 124 (1), 17-24 (2020).
