Síntesis y funcionalización de nitrógeno dopados Copas de nanotubos de carbono con nanopartículas de oro como tapones de corcho
Summary
Hablamos de la síntesis de nanocups grafito individuales utilizando una serie de técnicas que incluyen la deposición química de vapor, la oxidación de ácidos y sonicación con sonda de punta. Por reducción de citrato de HAuCl<sub> 4</sub>, Los nanocups grafito eran efectivamente corcho con nanopartículas de oro debido a los bordes químicamente reactivos de los vasos.
Abstract
Los nanotubos de carbono dopados con nitrógeno consisten en muchos compartimentos de grafito en forma de copa denominado como tazas de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno (NCNCs). Estos nanocups grafito como-sintetizado a partir de deposición de vapor químico (CVD) se apilan de manera cabeza-a-cola celebrada sólo a través de interacciones no covalentes. NCNCs individuales se pueden aislar de su estructura de apilamiento a través de una serie de procesos de separación química y física. En primer lugar, como NCNCs-sintetizados se oxidan en una mezcla de ácidos fuertes para introducir defectos que contienen oxígeno en las paredes de grafito. Los NCNCs oxidados fueron procesadas mediante tratamiento con ultrasonidos de alta intensidad de la sonda de punta que separa eficazmente los NCNCs apilados en nanocups grafito individuales. Debido a su abundante oxígeno y funcionalidades de la superficie de nitrógeno, los NCNCs individuales resultantes son altamente hidrófilos y pueden ser funcionalizados con eficacia con nanopartículas de oro (PNB), que preferentemente se ajustan en la aperturade las copas como tapones de corcho. Estos nanocups grafito corcho con PNB pueden encontrar aplicaciones prometedoras como contenedores a nanoescala y transportistas de drogas.
Introduction
Con sus cavidades internas inherentes y química versátil superficie, los nanomateriales basados en carbono huecas, como los nanotubos de carbono (CNT), se considera que son buenas nanovehículos en las aplicaciones de administración de fármacos. 1,2 Sin embargo, la estructura fibrilar de la CNT vírgenes tiene bastante inaccesible hueco interiores y pueden provocar una respuesta inflamatoria severa y los efectos citotóxicos en los sistemas biológicos. 3,4 nanotubos de carbono dopados con nitrógeno, por otra parte, se han encontrado que poseen mayor biocompatibilidad que los nanotubos de carbono de pared múltiple (sin dopar MWCNTs) 5,6 y pueden tener mejor fármaco rendimiento de entrega. Dopaje de átomos de nitrógeno en los nanotubos de celosías resultados de grafito en una estructura hueca compartimentada se asemeja a tazas apiladas que se pueden separar a cabo para obtener tazas de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno individuales (NCNCs) con una longitud típica de menos de 200 nm. 7,8 Con sus interiores y accesibles funcionalidades de nitrógeno que permiten más químicafuncionalización, estas copas individuales de grafito son muy ventajoso para las aplicaciones de administración de fármacos.
Entre los diferentes métodos de síntesis para los nanotubos de carbono dopados con nitrógeno-incluyendo descarga de arco 9 y pulverización catódica con magnetrón de corriente continua, 10 de deposición química de vapor (CVD) ha sido el método más frecuente debido a varias ventajas tales como un mayor rendimiento y más fácil control sobre las condiciones de crecimiento de nanotubos. El mecanismo de crecimiento vapor-líquido-sólido (VLS) se emplea comúnmente para entender el proceso de crecimiento de los nanotubos de carbono ECV dopados con nitrógeno. 11 En general hay dos esquemas diferentes de utilizar catalizadores de metales de semillas en el crecimiento. En el esquema de "de lecho fijo", nanopartículas de hierro con tamaños definidos fueron sintetizados por primera vez por descomposición térmica de pentacarbonilo de hierro y luego se sembraron en portaobjetos de cuarzo mediante revestimiento por rotación para el crecimiento ECV posterior. 12 En el esquema de "catalizador flotante", catalizador de hierro (normalmente ferroceno) se mezcló y se inyecta con carbono y nprecursores itrogen, y la descomposición térmica de ferroceno proporcionado generación in situ de nanopartículas catalíticas de hierro sobre la que se depositan los precursores de carbono y nitrógeno. Mientras catalizador de lecho fijo proporciona un mejor control de tamaño en los NCNCs resultantes, el rendimiento del producto es típicamente más baja (<1 mg) en comparación con el esquema de catalizador flotante (> 5 mg) por la misma cantidad de precursores y tiempo de crecimiento. Dado que el régimen catalizador flotante también proporciona distribución de tamaño bastante uniforme de NCNCs, fue adoptado en este trabajo para la síntesis de las enfermedades cardiovasculares de NCNCs.
Método de CVD ofrece NCNCs como-sintetizadas que presentan la morfología fibrilar compuesta de muchas tazas apiladas. Aunque no existe una unión química entre tazas adyacentes, 8 desafíos permanecen en aislamiento efectivo de las copas individuales, ya que están completamente insertadas en las cavidades del otro y se mantienen por múltiples interacciones no covalentes y una capa externa de carbono amorfo. 8 AtteMPTS para separar las tazas apiladas incluyen tanto enfoques químicos y físicos. Mientras que los tratamientos de oxidación en una mezcla de ácidos fuertes es un procedimiento típico para cortar los nanotubos de carbono e introducir funcionalidades de oxígeno, 13,14 también se puede aplicar para cortar NCNCs en secciones más cortas. Microondas procedimientos de grabado por plasma también se han demostrado para separar las NCNCs. 15 En comparación con los enfoques químicos, la separación física es más sencillo. Nuestro estudio anterior mostró que simplemente moler con un mortero y maja NCNCs individuales pueden ser parcialmente aislado de su estructura apilada. 7 Además, la alta intensidad de sonicación con sonda de punta, que se informó a reducir eficazmente los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNTs) , 16 también ha demostrado tener un efecto significativo sobre la separación de NCNCs. 8 La sonicación con sonda de punta ofrece una potencia de alta intensidad ultrasónica a la solución NCNC que esencialmente "sacude" las copas apiladas y se altera el débil Interacciones que tienen las copas juntos. Mientras que otros métodos de separación posibles son ya sea ineficaz o destructiva a la estructura de copa, sonicación con sonda de punta proporciona un método de separación física altamente eficaz, rentable y menos destructivos para obtener tazas de grafito individuales.
El fibrillas NCNCs tal como se sintetiza fueron tratados por primera vez en H 2 SO 4 concentrado / mezcla de HNO 3 ácido antes de su separación con sonicación con sonda de punta. Los NCNCs separados resultantes eran altamente hidrófila y efectivamente dispersadas en agua. Hemos identificado previamente funcionalidades de nitrógeno tales como grupos amina en NCNCs y utilizado su reactividad química para NCNCs funcionalización. 7,8,17 En comparación con nuestro método se informó anteriormente de taponar NCNCs con nanopartículas comerciales, 8 en este trabajo, las nanopartículas de oro (PNB) fueron efectivamente anclada a la superficie de las copas por la reducción de citrato de ácido cloroáurico. Debido ala distribución preferencial de las funcionalidades de nitrógeno en el abierto de llantas NCNCs, los PNB sintetizados in situ a partir de los precursores del oro tienden a tener una mejor interacción con los bordes abiertos y la forma PNB "tapones" en las copas. Tal síntesis y métodos de funcionalización se han traducido en una novela PNB-NCNC híbrido nanomateriales para aplicaciones potenciales como vehículos de administración de fármacos.
Protocol
Representative Results
Discussion
El objetivo principal de nuestros experimentos era producir eficazmente nanocups de grafito a partir de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno. Sin embargo, el dopaje de nitrógeno en la síntesis ECV no garantiza la formación de la estructura en forma de copa apilados. Dependiendo de la composición química del precursor y de otras condiciones de crecimiento, la morfología del producto dado puede variar mucho. 19 La concentración de fuente de nitrógeno es el factor principal que influye en la estru…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por un premio CARRERA NSF No. 0.954.345.
Materials
| Reagent Name | Company | Catalogue Number | Comment |
| Reagents | |||
| H2 | Valley National Gases | Grade 5.0 | |
| Ar | Valley National Gases | Grade 5.0 | |
| Ferrocene | Sigma-Aldrich | F408-500G | |
| Xylenes | Fisher Scientific | X5-500 | |
| Acetonitrile | EMD | AXO149-6 | |
| H2SO4 | Fisher Scientific | A300-500 | |
| HNO3 | EMD | NX0409-2 | |
| DMF | Fisher Scientific | D119-500 | |
| Ethanol | Decon | 2716 | |
| Phenol | Sigma-Aldrich | P1037-100G | |
| Pyridine | EMD | PX2020-6 | |
| Hydridantin | Sigma-Aldrich | H2003-10G | |
| Ninhydrin | Alfa Aesar | 43846 | |
| HAuCl4 | Sigma-Aldrich | 52918-1G | |
| Sodium Citrate | SAFC | W302600 | |
| Equipment | |||
| CVD Furnace | Lindberg/Blue | ||
| TEM (low-resolution) | FEI Morgagni | ||
| TEM (high-resolution) | JOEL | 2100F | |
| Probe-tip Sonicator | Qsonica | XL-2000 | |
| UV-Vis Spectrometer | Perkin-Elmer | Lambda 900 | |
| Zeta Potential Analyzer | Brookheaven | ZetaPlus | |
| EDX spectroscopy | Phillips | XL30 FEG |
Referências
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