Summary
Organik bir çözücüde ~12 nm çapında altın nanopartiküllerin (Au nanopartikülleri) sentezlenmesi için bir protokol sunulmuştur. Altın nanopartiküller aglomerayı önlemek için oleylamin ligandları ile kaplanmıştır. Altın nanopartiküller toluen gibi organik çözücülerde çözünür.
Abstract
~12 nm çapında altın nanopartiküller (Au nanopartikülleri), 3,0 g (3,7 mmol) tetraktraroarik asit çözeltisi hızla enjekte ederek sentezlendi. 3.6 mL) oleylamin (teknik sınıf) ve 3.0 mL toluen kaynayan çözelti içine 5.1 g (6.4 mmol, 8.7 mL) oleylamin 147 mL toluen. Reaksiyon çözeltisini 2 saat kaynatıp karıştırırken, reaksiyon karışımının rengi açıktan açık sarıya, açık pembeye ve ardından yavaşça koyu kırmızıya dönüştü. Daha sonra ısı kapatıldı ve çözeltinin yavaş yavaş oda sıcaklığına 1 saat soğumasına izin verildi. Altın nanopartiküller daha sonra toplandı ve bir santrifüj kullanılarak çözeltiden ayrıldı ve üç kez yıkandı; altın nanopartikülleri 10 mL toluen kısımlarında girdaplayıp dağıtarak ve daha sonra 40 mL metanol porsiyonları ekleyerek ve bir santrifüjde döndürerek altın nanopartikülleri çöke katarak. Çözelti daha sonra kalan yan ürünleri ve yayınlanmamış başlangıç malzemelerini çıkarmak için dekante edildi. Altın nanopartiküllerin vakum ortamında kurutülerek katı siyah bir pelet üretildi; daha sonra kullanılmak üzere uzun süre (bir yıla kadar) saklanabilir ve daha sonra toluen gibi organik çözücülerde yeniden çözülebilir.
Introduction
Altın nanopartiküller, birçok araştırma çalışmasına ve uygulamaya konu olan ilginç ve yararlı bir nanomalzeme sınıfıdır; biyoloji1,tıp2,nanoteknoloji3ve elektronik cihazlar4gibi . Altın nanopartiküller üzerine bilimsel araştırmalar, Michael Faraday'ın altın nanopartiküllerin sentezi ve özellikleri üzerine temel çalışmalar yaptığı1857kadar eskiye kadar uzanır 5 . Altın nanopartikülleri sentezlemek için iki birincil "aşağıdan yukarıya" teknik, sitrat azaltma yöntemi 6,7,8 ve organik iki fazlı sentez yöntemi9,10 'dur. "Turkevich" sitrat azaltma yöntemi, çapı 20 nm'nin altında oldukça monodisperse altın nanopartiküller üretir, ancak çapı 20 nm'nin üzerindeki altın nanopartiküller için polidispersite artar; "Brust-Schiffrin" iki fazlı yöntem ise11çapı ~10 nm'ye kadar altın nanopartiküller üretmek için kükürt/tiyol ligand stabilizasyonu kullanır. Bu yöntemler kullanılarak önceden sentezlenen altın nanopartikül çözeltileri ticari olarak mevcuttur. Büyük hacimlerin, yüksek monodispersitenin ve büyük çapta altın nanopartiküllerin gerekli olmadığı uygulamalar için, tedarikçilerden önceden sentezlenmiş bu altın nanopartikülleri satın almak ve kullanmak yeterli olabilir. Bununla birlikte, piyasada bulunanların çoğu gibi çözeltide depolanan altın nanopartiküller, nanopartiküller aglomeralaşmaya ve kümeler oluşturmaya başladıkça zamanla bozulabilir. Alternatif olarak, büyük ölçekli uygulamalar için, altın nanopartiküllerin sık veya uzun bir süre boyunca kullanılması gereken veya altın nanopartiküllerin monodispersitesi ve boyutu için daha katı gereksinimlerin olduğu uzun vadeli projeler için, altın nanopartikül sentezinin kendisi yapılması istenebilir. Altın nanopartikül sentez sürecini gerçekleştirerek, üretilen altın nanopartiküllerin miktarı, altın nanopartiküllerin çapı, altın nanopartiküllerin monodispersitesi ve kapak ligandları olarak kullanılan moleküller gibi çeşitli sentez parametrelerini potansiyel olarak kontrol etme fırsatına sahiptir. Ayrıca, bu tür altın nanopartiküller kuru bir ortamda katı peletler olarak saklanabilir, böylece altın nanopartiküllerin daha sonra, bir yıl sonraya kadar, kalitede minimum bozulma ile kullanılabilmesi için korunmasına yardımcı olur. Ayrıca, altın nanopartikülleri daha büyük hacimlerde üreterek ve daha uzun süre dayanmaları için kuru bir durumda depolayarak maliyet tasarrufu ve atıkların azaltılması potansiyeli de vardır. Genel olarak, altın nanopartiküllerin sentezlenmesi, piyasada bulunan altın nanopartiküllerle mümkün olmayabilecek zorlayıcı avantajlar sağlar.
Altın nanopartikül sentezi ile mümkün olan birçok avantajı gerçekleştirmek için, burada altın nanopartiküllerin sentezlenmesi için bir süreç sunulmaktadır. Açıklanan altın nanopartikül sentez süreci Hiramatsu ve Osterloh12tarafından geliştirilen bir sürecin değiştirilmiş bir versiyonudur. Altın nanopartiküller tipik olarak bu sentez işlemi kullanılarak ~12 nm çapında sentezlenir. Altın nanopartikül sentezi işlemini gerçekleştirmek için kullanılan birincil kimyasal reaktifler tetrakhloroaurik asit (HAuCl4), oleylamin ve toluendir. Tetraktraroaurik asit suya/neme duyarlı olduğundan, altın nanopartikül sentezi işlemi için inert kuru bir ortam sağlamak için bir azot torpido gözü kullanılır. Altın nanopartiküller, altın nanopartiküllerin çözeltide aglomeralanmasını önlemek için oleylamin ligand molekülleri ile kapsüllenir. Sentez sürecinin sonunda, altın nanopartiküller vakum ortamında kurutulur, böylece bir yıl sonraya kadar daha sonra kullanılmak üzere kuru bir durumda saklanabilir ve korunabilir. Altın nanopartiküller kullanılmaya hazır olduğunda, toluen gibi organik çözücülerde çözeltiye yeniden kullanılabilirler.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Kimyasal Miktarlar:
NOT: Nanopartikül sentezi için uygun kimyasal miktarları elde etmek için, "Nanopartikül Sentezi" sayfasında bulunan başlangıç miktarlarını alın (Osterloh araştırma makalesi12'dendestekleyici bilgilerin 2. sayfasında) ve bazı küçük değişikliklerle tüm dozların miktarını 3 ile çarpın. Tablo 1 enjeksiyon çözeltisi, kaynama çözeltisi, yıkama/arıtma çözeltileri ve altın etchant çözeltisi için gerekli olan kimyasal miktarları gösterir.
Altın Nanopartikül Sentez Süreci için Temizlik ve Hazırlık (Gün 1)
NOT: Sentez sürecinin ilk gününde aşağıdaki adımlar tamamlanabilir.
1. Altın Nanopartikül Sentezine Hazırlanmadan Önce Kontrol Etmek ve Sağlamak İçin Gerekenler
DİkKAT: Ön sentez temizliği ve hazırlığının, nitril eldivenler, güvenlik gözlükleri/gözlükler ve duman başlığını kullanırken laboratuvar ön katı gibi kişisel koruyucu ekipman (KKD) takarken duman kaputunda ve asit ıslak bankta gerçekleştirilmesini sağlayın; ve ayrıca kimyasal eldivenler, kimyasal bir gece elbisesi, bir yüz kalkanı ve asit ıslak tezgah kullanırken gözlük giyerken.
- Solvent/reaktif preparatlarının ve sentez/kimyasal reaksiyon sürecinin gerçekleştirildiği bir azot torpido gözünün mevcut olduğundan emin olun.
NOT: Bir azot torpido gözü kutusu mevcut değilse, bunun yerine bir duman başlığı kullanılabilir (muhtemelen bir Schlenk hattı ile), ancak azot torpido gözündeki inert atmosfer tetraktraroarik asidin saflığını koruyarak daha yüksek kaliteli nanopartiküller üretmelidir (HAuCl4). Tetraktraroaurik asit içeren altın nanopartikül enjeksiyon çözeltisi, mümkünse inert bir atmosferde veya azot torpido gözünde hazırlanmalıdır. - Altın nanopartikül sentezi işlemi sırasında kondenser tüpünü tutmak ve desteklemek için azot torpido gözünde kelepçeli bir standın bulunduğundan emin olun.
NOT: Kelepçeli bu stand ayrıca kondenser tüpünün yukarı kaldırılmasını ve reaksiyon kabına toluen, tetraloroorik asit ve olelamin çözeltisi enjekte edilirken reaksiyon kabının üzerine asılmasını sağlayacaktır. - Manyetik karıştırıcılı ısıtıcının ve fiberglas astarlı dairesel içbükey haznenin (reaksiyon kabı küresini tutmak ve desteklemek ve reaksiyon kabını ısıtmak ve manyetik karıştırıcı çubuğunu döndürmek için) azot torpido gözünde bulunduğundan emin olun.
- Azot torpido gözünün içinde bulunan iki lastik hortum (kondenser tüpünü su giriş/çıkış portlarına bağlamak için) olduğundan emin olun.
- Miligram (mg) çözünürlüğe sahip bir mikro dengenin azot torpido gözünde bulunduğundan emin olun.
- Temizleme ve sentez işlemi için yeterli kimyasal reaktif ve çözücü olduğundan emin olun (bkz. Tablo 1).
NOT: Taze/yeni yüksek saflık kullanmak en iyisidir (%≥99,8) hiç açılmamış veya havaya/suya maruz kalmamış toluen ve metanol. Ayrıca buzdolabında saklanan ve azot torpido gözüne transfer edilene kadar asla açılmayan taze / yeni tetrakhloroaurik asit (HAuCl4)kullanmak da en iyisidir. Tetratraroaurik asit herhangi bir zamanda havaya veya suya/neme maruz kalmamalı, sadece azot torpido gözünde açılmalı ve azot torpido gözünde açıldıktan sonra azot torpido gözünde saklanmalıdır. Yeni oleylamin kullanılması tercih edilir ve oleylamin de azot torpido gözünde saklanmalıdır. Yepyeni veya 1 yaşından küçük tetraktiloaurik asit ve oleylamin daha iyi sonuçlar üretmelidir. - Azot torpido gözünde plastik torbalar, XL nitril eldivenler, temiz oda mendilleri ve alüminyum folyo olduğundan emin olun.
2. Kimyasal Reaksiyon Camlarını Temizleyin (Altın Nanopartikül Sentezi'nden Önce)
DİkKAT: Altın etchant TFA ve aqua regia aşındırıcıdır. Kimyasal eldiven, kimyasal önlük, gözlük ve yüz kalkanı gibi gerekli kişisel koruyucu ekipmanı (KKD) giyin. Aşındırıcı çözeltiyi sadece gerekli KKD'yi takarken asit ıslak bir tezgahta kullanın.
- Asit ıslak tezgahında, kondenser tüpü takılı cam reaksiyon kabını destek için 600 mL'lik bir kabın içine yerleştirin ve daha fazla destek için kondenser tüpünün yan tarafını asit ıslak tezgahın yan duvarına yaslayın.
- Kimyasal reaksiyon camlarını (kondenser tüpü, reaksiyon kabı, cam pipet) ve manyetik karıştırma çubuğunu, altın etchant TFA çözeltisinin ~ 150 mL'lik kısmını ve ~150 mL DI suyunu (1:1 karışımı) kondenser tüpüne ve reaksiyon kabı cam eşyalarına dökerek temizleyin. Manyetik karıştırma çubuğunu ve uzun cam mezunu pipeti kondenser tüpüne yerleştirin ve altın etchant TFA banyosunun 30 dakika boyunca cam eşyaları oturup temizlemesine izin verin.
NOT: Ek Şekil 1, kimyasal reaksiyonlu cam eşyaların altın vbhant ile temizlendiğini göstermektedir. - 30 dakika sonra, tüm altın etchant çözeltisini reaksiyon kabına toplamak için kondenser tüpü ile reaksiyon kabı arasındaki contayı kırmak için camları ayırın ve kullanılan altın etchant çözeltisini asit ıslak tezgahındaki 400 mL'lik bir kabın içine dökün.
NOT: Altın etchant çözeltisi, sentez işlemi bittikten sonra kimyasal reaksiyon camlarını temizlemek için daha sonra yeniden kullanılacaktır. - Hala asit ıslak tezgahta, kalan altın etchant çözeltisini temizlemek için kimyasal reaksiyon camlarını ve manyetik karıştırma çubuğunu DI su ile 3-4 kez yıkayın ve ardından kimyasal reaksiyon camlarının ve manyetik karıştırma çubuğunun bir DI su banyosunda 30 dakika daha oturmasına izin verin.
- Di su banyosunda 30 dakika oturduktan sonra, suyu boşaltın ve di su tabancasını kullanarak suyu asit ıslak tezgah giderini yıkayın. Azot tabancasıyla züccaciyeyi kurulayın.
- Duman kaputunda, aseton, metanol ve izopropanol ile durulayarak kimyasal reaksiyon camlarını (kondenser tüpü, reaksiyon kabı, cam pipet) ve manyetik karıştırma çubuğunu temizleyin; daha sonra camları azotla kurulayın. Kirli çözücüleri yanıcı bir atık şişesine atın.
- Asit ıslak tezgahta, kimyasal reaksiyon camlarını ve manyetik karıştırma çubuğunu DI suyu ile temizleyin, ardından camları azotla kurutun.
- Duman kaputunda, kimyasal reaksiyon camlarını ve manyetik karıştırma çubuğunu toluen ile temizleyin, ardından camları azotla kurutun. Kirli toluen çözeltisini yanıcı bir atık şişesine atın.
- Züccaciyeyi temiz tutmak için kimyasal reaksiyon camlarını (kondenser tüpü, reaksiyon kabı, cam pipet) ve manyetik karıştırma çubuğunu alüminyum folyo (özellikle cam eşyaların açıklıkları / bağlantı noktaları) ile örtün. Suyun cam eşyalardan buharlaşmasını sağlamak için cımbızla alüminyum folyoya birkaç küçük delik açın.
3. Diğer Züccaciye ve Sentez Malzemelerini Temizleyin
- Duman kaputunda, diğer cam eşyaları (örneğin, 400 mL cam beher, 5 mL küçük dereceli cam silindir, PTFE kaplı kapaklı iki sulu olmayan 20 mL cam şişe) ve aseton, metanol veya izopropanol ve DI suyu ile malzemeler (örneğin, metal spatula / scoopula, cımbız) temizleyin; daha sonra diğer cam eşyaları kurutun ve azotla birlikte tedarik edin. Kirli çözücüleri yanıcı bir atık şişesine atın.
- Züccaciye veya malzemelerde görülebilen herhangi bir kalıntı varsa, bunları temiz bir oda mendili ile silin veya kalıntı kaybolana kadar sabun ve aseton/ izopropanol ile yıkayın. Daha sonra bunları aseton, metanol ve izopropanol çözücülerle tekrar durulayın ve ardından camları azotla kurulayın.
- Duman kaputunda, diğer cam eşyaları ve malzemeleri toluen ile temizleyin; daha sonra diğer cam eşyaları kurutun ve azotla birlikte tedarik edin. Kirli toluen çözeltisini yanıcı bir atık şişesine atın.
- Duman kaputunda, 50 mL konik santrifüj tüplerini aseton, metanol veya izopropanol ve toluen ile temizleyin; sonra onları azotla kurutun.
- Cam eşyaları temiz tutmak için diğer züccaciye ve malzemeleri alüminyum folyo ile, özellikle de züccaciyenin açıklıklarını/bağlantı noktalarını örtün. Suyun cam eşyalardan buharlaşmasını sağlamak için cımbızla alüminyum folyoya birkaç küçük delik açın. Kapakların 50 mL santrifüj tüplerinde olduğundan emin olun.
- Kauçuk pipet ampulünü izopropanollü temiz bir oda mendiliyle silerek valflerle temizleyin, ardından vanaları kullanarak ampule bir miktar izopropanol emer (örneğin, bir izopropanol sıkma şişesinden içine biraz fışkırtırken) ve izopropanol'u yanıcı bir atık şişesine fışkırtın. Ampulde kalıntı olmadığından emin olun. Ampulü azotla kurulayın ve alüminyum folyo ile örtün.
NOT: Ek Şekil 2, temizlendikten sonra cam eşyaları ve malzemeleri gösterir.
4. Kimyasalları, Cam Eşyaları ve Malzemeleri Azot Torpido Gözü Kutusuna Aktarın
- Azot torpido gözünün içindeki eşyaları ve kimyasalları işlemek için torpido gözü eldivenlerinin üzerine yeni bir çift XL nitril eldiven kullanın.
- Yeni kimyasal şişeleri (toluen ve metanol) azot torpido gözü kutusuna koyun (yük kilidine aktararak ve ortam havasını vakum pompasıyla çıkarmak için aşağı pompalayarak, ardından yük kilitini azotla temizleyerek). Azot torpido gözünde kullanılmış/kirli toluen için yanıcı bir atık şişesi olduğundan emin olun.
- Tetraktraroaurik asit (HAuCl4)ve olelamin'in de oksijene ve suya/neme maruz kalmayı önlemek için depolandıkları azot torpido gözünde olduğundan emin olun.
- Kimyasal reaksiyon camlarını (kondenser tüpü, reaksiyon kabı, cam pipet), manyetik karıştırma çubuğunu, 50 mL konik santrifüj tüplerini yerleştirin, ve diğer cam eşyalar (örneğin, 400 mL cam beher, 5 mL küçük dereceli cam silindir, PTFE astarlı kapaklı iki sulu olmayan 20 mL cam şişe) ve diğer malzemeler (örneğin, mikropipette, plastik bir torbada yeni temiz mikropipette uçları, metal spatula / kepçe, cımbız, valfli pipet ampulü) eldiven kutusu loadlock. Loadlock kapısını kapatın, vakumlamak için yük kilitini pompalayın, 2 dakika boyunca vakum altında bırakın, yük kilitini azotla temizleyin ve ardından öğeleri azot torpido gözünün içine aktarın / yerleştirin.
NOT: Yük kilitini azotla temizlemeden önce, artık su ve çözücüler vakuma pompalarken yük kilidinde buharlaşmış olmalıdır. - Azot torpido gözünün içindeki eşyaları aktardıktan sonra, alüminyum folyo ile kaplanmış eşyaları (özellikle cam eşyaları) folyodaki deliklerle örtmek, delikleri kapatmak ve azot torpido gözünün içinde eşyaların kirlenmesini önlemek için başka bir alüminyum folyo tabakası kullanın.
- Azot torpido gözünden kalan su/nem/nemi çıkarmak ve filtrelemek için temiz eşyaları nitrojen torpido gözünde bir gecede bırakın.
Altın Nanopartikül Sentez Süreci (Gün 2)
NOT: Sentez sürecinin ikinci gününde aşağıdaki adımlar tamamlanabilir.
5. Azot Torpido Gözünde Kimyasal Reaksiyon Züccaciye ve Sarf Malzemelerini Kurun ve Temizleyin
- Azot torpido gözündeki kimyasal reaksiyon camlarını ve malzemelerini kurmaya ve temizlemeye başlayın. Azot torpido gözünün içine, cam reaksiyon kabını ısıtıcının / karıştırıcının üzerine fiberglas ağ kabının üzerine yerleştirin ve kondenser tüpünü cam reaksiyon kabının üzerine yerleştirin, kondenser tüpünü kelepçelerle standla destekleyin.
NOT: Ek Şekil 3 altın nanopartikül sentez deneysel kurulumunu göstermektedir. - Manyetik karıştırma çubuğunun cam reaksiyon kabının içinde olduğundan emin olun. Cam reaksiyon kabına ~200 mL toluen dökün. ~200 mL toluen içeren cam reaksiyon kabını karıştırma ısıtma mantısına yerleştirin ve cam kondenser tüpünü reaksiyon kabına küçümseyin.
- Azot torpido gözünün içindeki iki hortumu kondenser tüpünün su girişine ve çıkış portlarına bağlayın.
- Azot torpido gözünün dışında, su çıkış drenaj hortumunun ucunu bitişik duman kaputunda drenaj rezervuarına / lavabosuna yerleştirin. Hortumu tutmak ve hortumu drenaja doğru odaklamak için bir kelepçe veya bant kullanın.
- Su besleme giriş hortumunu bitişik duman başlığı üzerindeki su temin hattına bağlayın.
- Kondenser tüpünün dış odasından hafifçe aktığından emin olmak için suyu yavaşça açın ve izleyin. Su vanasını hafifçe açarak/kapatarak su akışını gerektiği gibi ayarlayın.
- Kondenser tüpünün altındaki giriş portundan, kondenser tüpünden ve kondenser tüpünün üstündeki çıkış portunda suyun akmasına izin verin.
- Su kaynağında büyük hava kabarcıkları olmadığından emin olun ve hortumların mekanik olarak stabil olduğundan emin olun.
NOT: Kimyasal reaksiyon kabında çözeltileri kaynatırken, kondenser tüpünün dibinden, kondenser tüp kabı dış odasından, kondenser tüpünün üstüne yavaşça su akar, böylece su drenaj hortumundan yavaşça akar. Bu yavaş ama sürekli su akışı kondenser tüpünü soğutacak ve haşlanmış buharın yoğunlaşıp rekolteye sokulumasına yardımcı olacaktır. - Soğutmak için suyun kondenser tüpünden hafifçe aktığından emin olun.
- Torpido gözünü temizlemek için azot torpido gözüne sürekli taze nitrojen akışı. Azot ve toluen buharının torpido gözünden pompalanabilmesi için azot torpido gözünde hafif bir vakum çekerek azot torpido kutusunu sürekli havalandırın.
NOT: Yük kilidinde vakum çekerken azot torpido gözü kutusu ile yük kilidi arasındaki eşitleme vanasını hafifçe açarak azot torpido gözünde hafif bir vakum çekin. Eşitleme vanasını tam olarak açmayın, aksi veya vakum seviyesi ve azot akışı çok yüksek olacaktır. Torpido gözündeki toluen/kimyasal buharı zaman içinde sürekli olarak temizlemek ve havalandırmak için yeterli nitrojen akışı. Vakum egzoz hattı bir duman kaputuna havalandırılmalıdır. - Karıştırma ve ısıtma mantındaki manyetik karıştırıcı ile tolueni ısıtmaya ve karıştırmaya başlayın. Toluenin hafif bir kaynamaya yaklaşmasına izin verin. Toluene'nin parlama noktası sıcaklığına yaklaşmayın veya aşmayın; kaynamaya başladığında ısıyı azaltın.
- Reaksiyon camlarını (reaksiyon kabı ve kondenser tüpü) temizlemek için manyetik karıştırma çubuğu karıştırarak toluenin 30 dakika kaynatılıp buharlaşmasına izin verin.
NOT: Buharlaştırılmış toluen, kondenser tüpünde soğuyacak ve yoğunlaşacak ve reaksiyon kabına geri damlayacaktır. - 30 dakika sonra, ısıtıcıyı ve manyetik karıştırıcıyı kapatın ve toluen reaksiyon kabının içinde buharlaşmayı ve yoğunlaşmayı durdurana kadar toluenin birkaç dakika soğumasını bekleyin.
- Toluen soğuduktan sonra, kondenser tüpünü dikkatlice kaldırın ve standı kelepçelerle kullanarak destekleyerek reaksiyon kabının üzerine askıya alın. Kelepçeyi sıkın ve kondenser tüpünü dengesiz olabileceği için düzgün bir şekilde desteklediğinden emin olun.
- Toluene reaksiyon kabından 400 mL cam kabın içine dökün. Manyetik karıştırma çubuğunu yanlışlıkla dökmemeye dikkat edin. Reaksiyon kabını ısıtma ve karıştırma mantısına geri yerleştirin.
- Kabı temizlemek için tolueni 400 mL cam kabın etrafında döndürün. Dökün ve kirli / kullanılmış tolueni yanıcı atık şişesine atın. 400 mL cam kabı taze bir toluen ile tekrar temizleyin ve ardından kullanılmış tolueni yanıcı atık şişesine atın.
6. Toluen ve Oleylamin Kaynama Çözeltisi Hazırlama
DİkKAT: Oleylamin toksik ve aşındırıcıdır, bu yüzden dikkatlice kullanın. Oleylamin nitrojen torpido gözünün dışında işleniyorsa, kimyasal eldivenler, kimyasal önlük, gözlük ve yüz kalkanı gibi gerekli kişisel koruyucu ekipmanı (KKD) giyin. Nitrojen torpido gözünün içinde oleylamin işliyorsanız, torpido gözü eldivenlerini yeni/temiz XL nitril eldivenlerle kapladığınızdan emin olun. Oleylamin'i yanlışlıkla dökmemeye dikkat edin. Bazı temiz oda mendilleri, küçük dökülmeleri emmeye yardımcı olmak için torpido gözünün içindeki laboratuvar tezgahı yüzeyine bırakılabilir.
- Azot torpido gözünün içinde, reaksiyon kabında 147 mL (~150 mL) toluen ve 8,7 mL (~9 mL) oleylamin kaynama çözeltisi yapın.
- 147 mL (~150 mL) toluene ölçmek için 400 mL cam kabı kullanın. Cam kabından 147 mL (~150 mL) tolueni reaksiyon kabına dökün.
- Olelamin 8.7 mL (~9 mL) dikkatlice ölçmek için 5 mL küçük cam mezunu silindiri kullanın. Önce 4 mL'yi ve daha sonra 4,7 mL'lik olelamin'i küçük cam mezunu silindirden reaksiyon kabına dikkatlice ölçün ve dökün.
- Kondenser tüpünü dikkatlice cam reaksiyon kabına tekrar 2007'den aşağı haline getirin.
- Toluen ve olelamin buharını soğutmak, yoğunlaşmak ve toplamak için suyun kondenser tüpün dış odasından hafifçe aktığından emin olun.
- Reaksiyon kabındaki oleylamin ve toluen çözeltisini ısıtın ve karıştırın ve çözeltinin yavaş / nazik bir kaynamaya yaklaşmasını bekleyin (karıştırma ve ısıtma mantonunu kullanarak, çözeltiyi karıştırmak için manyetik karıştırma çubuğu döner). Oleylamin ve toluen çözeltisi hafif bir kaynamaya ulaştığında, ısıyı biraz kısın, böylece yavaşça kaynar. Toluen parlama noktasına yaklaşmayın veya aşmayın.
7. Tetraktraroaurik Asit, Oleylamin ve Toluen Enjeksiyon Çözeltisi Hazırlama
- Enjeksiyon çözeltisini hazırlamaya başlayın (150 mg tetratraroaurik asit, 3.6 mL oleylamin, 3.0 mL toluen).
- Tetratraroarik asidin taze olduğundan veya havaya, suya, neme veya neme maruz kalmadığından emin olun. Tetraktraroarik asidi havadan ve nemden koruyan laboratuvar filmini veya contayı çıkarın.
NOT: Tetraktraroaurik asit suya/neme/neme karşı çok hassastır. Tetratraroaurik asit tozuna maruz kalmaması için her türlü çaba gösterilmelidir. Tetratrasoroorik asit kapalı bir kese içinde gelir ve su buharı yeni kaplara girmesini önlemek için yeni kap kapları balmumu ile kapatılır. Yeni bir tetraktraroaurik asit grubu ~ 100 $ 'a mal olur, ancak su buharı maruz kalmazsa bir yıl sürmelidir. Açılmamış yeni tetratrazoaurik asit partilerini buzdolabında saklayın. Açılmamış yeni bir tetraktraroaurik asit grubunu açmadan önce azot torpido gözü kutusuna aktarın. Nem uygun şekilde düşük ve istikrarlı bir seviyeye ulaştığında (%0,8'den az bağıl nem) azot torpido gözünde sadece yeni bir tetraktraroaurik asit kabı açın. Tetraktraroaurik asidi açtıktan sonra azot torpido gözünde saklayın. Tetrakroaurik asidi açtıktan sonra, kabın sızdırmazlık yapmasına yardımcı olmak ve su buharı ve kirleticilerin konteynere girmesini önlemek için laboratuvar filmini kabın kapağının etrafına sarın. - Azot torpido gözü kutusuna, mikro denge/teraziye PTFE astarlı kapaklar ile iki sulu olmayan 20 mL cam şişeden birini yerleştirin ve PTFE astarlı kapağı çıkarın.
- Tetratraroaurik asit tozuna ağırlık vermeye başlamadan önce tartıdaki 20 mL cam şişe ile mikro dengeyi "yeniden sıfırlayın" veya "daralayın".
- Azot torpido gözünde, küçük metal spatulayı kullanarak tetraklozoaurik asit tozunun konteynırdan mikro denge üzerindeki 20 mL'lik cam şişeye, 150 mg tetratraroaurik asit tozunun ölçülen ağırlığına birikmesi için kullanılır.
- PTFE astarlı kapağı diğer sulu olmayan 20 mL cam şişeden (şu anda mikro dengede olmayan boş olan) çıkarın.
DİkKAT: Oleylamin toksik ve aşındırıcıdır, bu yüzden dikkatlice kullanın. - 3,6 mL oleylamin ölçmek için 5 mL küçük cam mezunu silindiri kullanın. 5 mL küçük cam mezunu silindirden 3,6 mL oleylamin'i tetraktiloaurik asit olmadan 20 mL cam şişeye dikkatlice dökün.
- 5 mL küçük cam mezunu silindire dikkatlice dökün ve 3,0 mL toluen ölçün. 5 mL küçük cam mezunu silindirden 3,0 mL tolueni oleylamin ile 20 mL cam şişeye dikkatlice dökün.
NOT: Mezun olunan cam silindire çok fazla toluen dökülürse, fazla çözücü yanıcı atık şişesine dökülebilir. Oleylamin ve tolueni ölçmek için küçük 5 mL mezunu cam silindiri kullanmak en iyisidir. Aşındırıcı ve toksik olduğu için oleylamin dökmemeye dikkat edin. - PTFE astarlı kapağı, içindeki oleylamin ve toluen ile 20 mL cam şişeye geri vidalayın. Oleylamin ve toluen çözeltisini birbirine karıştırmak için kapalı cam şişeyi sallayın ve döndürün.
- 20 mL solüsyon cam şişeyi açın. ~150 mg tetratraroaurik asit tozunu oleylamin ve toluen çözeltisi ile cam şişeye dikkatlice dökün.
- PTFE astarlı kapakları cam şişelere geri vidalayın. Çözeltiyi birbirine karıştırmak için kapalı cam şişeyi tetraktraroarik asit, oleylamin ve toluen ile çalkalayın ve döndürün. Çözeltiyi sallamaya devam edin ve iyice karıştırılmasını sağlayın.
NOT: Tetraktraroaurik asit, oleylamin ve toluen enjeksiyon çözeltisi, Ek Şekil 4'te gösterildiği gibi, salladıktan ve karıştırdıktan sonra koyu kırmızı veya mor rengedönmelidir.
8. Tetraktraroaurik Asit, Oleylamin ve Toluen Çözeltisinin Damara Enjeksiyonu
- Suyun kondenser tüpünün dibine yavaşça aktığından ve kondenser tüpünün üstünden yukarı doğru aktığından emin olun. Su vanasını dikkatlice açıp kapatarak su akışını gerektiği gibi ayarlayın.
- Cam reaksiyon kabındaki oleylamin ve toluen çözeltisinin hafif bir kaynama halinde olduğundan ve bir miktar toluen ve oleylamin kondenser tüpüne buharlaştığından emin olun. Manyetik karıştırıcının açık olduğundan emin olun.
- Kondenser tüpünü reaksiyon kabının üzerine kaldırın, standı cam eşyaları desteklemek için kelepçelerle birlikte kullanarak. Tetraktraroarik asit, oleylamin ve toluen çözeltisini reaksiyon kabına enjekte etmek için yeterli alan ve boşluk olduğundan emin olun.
- Uzun dereceli cam pipeti alüminyum folyodan çıkarın (pipeti temiz tutmak için koruyordu) ve kauçuk ampulü vanalarla pipetlere takın. Kullanmadan önce uzun dereceli cam pipetle bir çözelti emmek ve fışkırtmak için kauçuk ampulü valflerle çalıştırmaya aşina olun.
- Kapalı 20 mL sulu olmayan cam şişeyi TETRAKorooorik asit, oleylamin ve toluen enjeksiyon çözeltisi ile PTFE astarlı kapakla çalkalayın ve iyice karıştırılmasını sağlayın. Kapağı çıkararak enjeksiyon çözeltisi ile 20 mL cam şişeyi açın.
- Kauçuk ampulü söndürmek için kauçuk ampulü sıkarken üst valfi bastırın. Uzun dereceli cam pipet ucunu tetrakroaurik asit, oleylamin ve toluen enjeksiyon çözeltisi ile 20 mL cam şişeye dikkatlice yerleştirin.
- Tüm tetrakhloroozarik asit, oleylamin ve toluen enjeksiyon çözeltisini cam pipete yavaşça çekmek için uzun dereceli cam pipete bağlı kauçuk ampulün alt vanasına hafifçe bastırın.
NOT: Ek Şekil 5, çözeltiyi reaksiyon kabına enjekte etmeden hemen önce valfli kauçuk ampul ile uzun dereceli cam pipet içine çekilen enjeksiyon çözeltisini gösterir. Tetraktraroaurik asit, oleylamin ve toluen çözeltisini gerçekten çizmeden ve enjekte etmeden önce uzun dereceli cam pipeti ampulle valflerle (örneğin, bir miktar toluen ile) çalıştırmayı uygulamak faydalı olabilir. - Cam pipet ucunu reaksiyon kabının açıklığı içine dikkatlice yerleştirin ve tetraktraroaurik asit, oleylamin ve toluen enjeksiyon çözeltisini reaksiyon kabındaki kaynayan oleylamin ve toluen çözeltisine hızla enjekte edin.
NOT: Altın nanopartiküller çekirdeklenmeye ve büyümeye başladığından, çözelti rengi başlangıçta yaklaşık bir dakika içinde kırmızıdan sarıya ve beyaza değişmelidir. - Kondenser tüpünü reaksiyon kabına geri indirmek için standdaki kelepçeyi kullanın.
- Altın nanopartikül kimyasal reaksiyon çözeltisini 2 saat boyunca hafif bir kaynamada ısıtın.
NOT: Kaynayan çözeltiden gelen toluen buharı tüpte yoğunlaşmalı ve reaksiyon kabına geri damlamalıdır. Birkaç dakika içinde, reaksiyon karışımının rengi beyazdan sarıya açık pembeye ve daha sonra altın nanopartiküller büyüdükçe kırmızıya değişmelidir. 1-2 saat boyunca, reaksiyon karışımının rengi yavaş yavaş açık kırmızıdan koyu kırmızı / mora değişmelidir. - Reaksiyon çözeltisini 2 saat ısıttıktan sonra ısıtıcıyı kapatın.
NOT: Bu noktada, çözeltinin doğal olarak oda sıcaklığına soğumasına izin verilebilir veya çözeltiye ~100 mL metanol eklenerek çözelti hemen söndürülebilir. Şu an itibariyle en iyi bilinen uygulama, çözümün hemen söndürülmek yerine doğal olarak soğumasını sağlamaktır. - Çözeltinin doğal olarak oda sıcaklığına 1 saat soğumasını bekleyin (önerilir); veya altın nanopartikül çözeltisini 100 mL metanol ile hemen söndürür (önerilmez).
9. Altın Nanopartikül Çözeltisini Soğutduktan Sonra Methanol ile Reaksiyonun Söndürülmesi
- Isıtıcının kapalı olduğundan ve çözeltinin soğuduğundan emin olun.
- Kondenser tüpünden akan suyu durdurun. Su tahliye hortumunu bitişik duman başlığındaki lavabodan/drenajdan dikkatlice çıkarın ve duman başlığındaki vakum bağlantı noktasına bağlayın.
- Kondenser tüpündeki ve drenaj hortumundaki suyu emmek için drenaj hortumu üzerindeki vakumu çekin. Kondenser tüpünü kıskaçla standdan dikkatlice çıkarın ve azot torpido gözü kutusuna yatay olarak koyun.
NOT: Cam kondenser tüpüne çekilen vakum, kondenser tüpü içindeki suyu buharlaştırmalıdır. - Azot torpido gözünde, 50 mL konik santrifüj tüplerinin her birine ~35 mL metanol dökün (miktar 12).
NOT: Methanol, altın nanopartikülleri temizlemek ve yıkamak için sentez sürecinden yayınlanmamış reaktifleri ve yan ürünleri çıkarmak için kullanılacaktır. 50 mL santrifüj tüpler test tüpü raflarında dik tutulmalıdır. - Altın nanopartikül çözeltisini metanollü 50 mL santrifüj tüplerinin her birine (miktar 12) eşit hacimlerde (~12 mL) dökün. Altın nanopartikül çözeltisini her santrifüj tüpüne dökerken yanlışlıkla manyetik karıştırma çubuğunu dökmemeye dikkat edin.
NOT: Ek Şekil 6, metanollü 50 mL konik santrifüj tüplerinin her birine ~12 mL altın nanopartikül çözeltisi döküldüğünü göstermektedir. ~35 mL metanollü 50 mL konik santrifüj tüplerinin her birine ~12 mL altın nanopartikül çözeltisi döktükten sonra, her santrifüj tüpü ~47 mL çözeltiye sahip olmalıdır (50 mL işaretinin biraz altında). - Kalan altın nanopartikül çözeltilerini santrifüj tüpleri arasında eşit olarak dağıtın.
- Kapakları kapatmak ve kapakları sıkmak için 50 mL santrifüj tüplerine vidalayın.
- Giriş ve çıkış hortumlarını cam kondenser tüpünden çıkarın, giriş ve çıkış hortumlarını birbirine besleyerek birbirine bağlayın ve ardından bağlantıyı kapatmak için tüplerin bağlantısını laboratuvar filmi ile sarın. Hortumlarda çekilen vakumu kapatın.
NOT: Tüpler, su veya su buharın yanlışlıkla azot torpido gözüne girmesini önlemek için bağlanır ve kapatılır. - 50 mL konik santrifüj tüplerini altın nanopartikül çözeltisi ve metanol ile azot torpido gözünden yük kilidinden çıkarın. Ayrıca metanol şişesini ve toluen şişesini azot torpido gözünden çıkarın. Onları bitişik duman başlığına yerleştirin.
- Ayrıca cam reaksiyon kabını, manyetik karıştırma çubuğunu, cam kondenser tüpünü, uzun cam mezunu pipeti ve azot torpido gözünden yük kilidinden valfli kauçuk ampulü çıkarın. Onları bitişik duman başlığına yerleştirin.
- Farklı örnekleri takip etmek için kapaklardaki her 50 mL santrifüj tüpünün üstünü bir örnek numarasıyla (örneğin, 1, 2, 3, 4,...) etiketle.
NOT: Altın nanopartikül çözeltisi ve züccaciye/malzemeleri çıkardıktan sonra, azot torpido gözü toluen/olelamin buharını temizlemek ve havalandırmak için hafif bir vakum çekerken torpido gözüne taze azot akıtılarak birkaç saat veya bir gece havalandırılmaya devam edilmelidir. Vakum egzoz hattı bir duman kaputuna havalandırılmalıdır. Azot torpido gözü, filtrasyon sistemindeki nem/çözücüleri gidermek için rejenerasyon gazı ile de yenilenmelidir. Bazı azot torpido kutuları, çözücü buharlarının giderilmesine yardımcı olan bir çözücü tuzağı ile birlikte gelebilir.
10. Altın Nanopartiküllerin Toluen ve Metanol ile Yıkanması ve Saflaştırılması
NOT: Altın nanopartiküllü her 50 mL santrifüj tüpü 10 mL toluen ve 40 mL metanol ile 3 kez yıkanacak ve saflaştırılacak, altın nanopartiküller aynı anda 6 santrifüj tüpün partileri halinde temizlenecektir. Santrifüj tüpleri eşit miktarda altın nanopartikül çözeltisine sahip olmalı ve eşit ağırlıkta ve dengeli olmalıdır.
- Altın nanopartikül çözeltili 50 mL santrifüj tüplerinden 6'sını santrifüje yerleştirin.
- Santrifüjün kapağını kapatın ve altın nanopartikülleri döndürmek için aşağıdaki ayarları girin:
RPM: 2328
RCF: 1000
Süre: 5 dakika - 12 konik santrifüj tüpünden 6'sını altın nanopartikül çözeltisi ve santrifüjdeki metanol ile döndürmeye başlayın.
- Altın nanopartiküllere sahip ilk 6 santrifüj tüpü eğirme yapıldıktan sonra, tüpleri santrifüjden hafifçe çıkarın. Santrifüj tüplerini tüp raflarına yerleştirirken altın nanopartikül peletlerini rahatsız etmemeye dikkat edin.
NOT: Ek Şekil 7, santrifüjlemeden sonra 50 mL konik santrifüj tüplerinde altın nanopartikül çözeltisinin nasıl görünmesi gerektiğini göstermektedir. Santrifüj kuvveti, çözeltideki altın nanopartikülleri aşağı çekecek ve onları metanol ve toluen'den ayıracaktır. Altın nanopartiküller, her santrifüj tüpünün altındaki peletlere çökecektir. Süpernatan methanol/toluen çözeltisi koyu altın nanopartikül peletlerinin üzerinde açık /şeffaf görünecektir, bu da santrifüjlemenin altın nanopartikülleri çözeltiden çöktüğüne işaret eder. - Altın nanopartikül çözeltisi ve metanol içeren 12 konik santrifüj tüpünün son 6'sını santrifüje yerleştirin. Santrifüjün kapağını kapatın ve daha önce olduğu gibi aynı santrifüj ayarlarına girin. Tüpleri santrifüjde döndürmeye başlayın.
- Son 6 santrifüj tüpü eğirme yapıldıktan sonra, tüpleri santrifüjden hafifçe çıkarın. Santrifüj tüplerini tüp raflarına yerleştirirken altın nanopartikül peletlerini rahatsız etmemeye dikkat edin.
- Altın nanopartikülleri olan tüm santrifüj tüplerini duman kaputuna dikkatlice taşıyın ve taşıma sırasında rahatsız etmemeye veya tedirgin etmemeye çalışın.
- Atık metanolleri yavaşça ve yavaşça yanıcı bir atık kabına / kabına dökün. Santrifüj tüplerinin altındaki siyah altın nanopartikül topaklarını rahatsız etmemeye ve dökmemeye veya kaybetmemeye dikkat edin.
NOT: İlk methanol durulama döngüsü tamamlandı. - İkinci metanol durulama döngüsüne, duman kaputunda siyah nanopartikül peletleri bulunan konik santrifüj tüplerinin her birine ~ 10 mL taze toluen dökerek başlayın. 50 mL santrifüj tüplerini kapatmak için kapakları tekrar vidala.
- Siyah sıvı/çökelti/altın nanopartiküller 10 mL toluen çözeltide yeniden depolanıp dağılana kadar 50 mL santrifüj tüplerinin her biri girdap ve çözelti bulutlu/karanlık görünür. Siyah kalıntıların (altın nanopartiküller) çoğunun çözeltiye yeniden sağlandığından emin olmak için her santrifüj tüpünün altını kontrol edin.
NOT: Ek Şekil 8, altın nanopartikül çözeltisi ve toluen içeren santrifüj tüplerinin girdaplandığını ve yeniden depolandığını göstermektedir. Girdap, altın nanopartikülleri sonike etmekten çok daha iyi ve daha naziktir. Sonikasyon oleylamin ligandlarını altın nanopartiküllerden çıkarabileceği ve altın nanopartiküllerin toplanmasına ve tortulasyonuna neden olabileceği için altın nanopartikülleri sonicate etmeyin.
NOT: Tamamlayıcı Şekil 9, altın nanopartiküller her bir altın nanopartikül peletini ~10 mL toluen ile girdaplayarak çözeltiye yeniden atıldığında altın nanopartikül çözeltisinin nasıl görünmesi gerektiğini göstermektedir. - Toluen ve nanopartiküllü konik santrifüj tüplerinin her birine ~ 40 mL taze metanol dökün, böylece her santrifüj tüpünde bulunan 10 mL toluen ile her 50 mL santrifüj tüpünde toplam ~ 50 mL çözelti vardır. Tüpleri kapatmak için kapakları 50 mL santrifüj tüplerine geri vidalayın ve kapakların sıkı olduğundan emin olun.
- Santrifüj tüplerini santrifüje yerleştirin. Altın nanopartikülleri her tüpün dibindeki bir pelet haline getirmek için santrifüj tüplerini santrifüjde döndürün, bir seferde 6 santrifüj tüpü. Öncekiyle aynı santrifüj ayarlarını kullanın (RCF 1000, 5 dakika).
- Santrifüj durduktan sonra, tüpleri nanopartiküllerle hafifçe çıkarın ve ardından dikkatlice duman başlığına götürün (taşıma sırasında rahatsız etmemeye veya karıştırmamaya çalışın). Atık toluen ve metanolleri yanıcı atık kabına / kabına dikkatlice dökün.
NOT: İkinci methanol durulama döngüsü tamamlandı. - Üçüncü ve son durulama döngüsü için, 10 mL toluende girdaplama, 40 mL metanolde temizlik, santrifüjleme ve toluen / metanol çözücüsünde dikkatlice dökme için öncekiyle aynı işlemi izleyin. 50 mL santrifüj tüplerinin her birinde bulunan altın nanopartiküllerin toluen ile yeniden ıslatılıp 3 kez metanol ile yıkanmasını sağlayın.
11. Altın Nanopartiküllerin Kurutülme
NOT: 50 mL santrifüj tüplerindeki altın nanopartiküller 3 ayrı kez yıkandıktan ve toluen ve metanol son kez döküldükten sonra, kalan çözücüyü buharlaşmak için altın nanopartiküllerin kurutulması gerekir. Altın nanopartikülleri kurutmanın ve çözücüyü buharlaştırmanın iki yolu vardır:
- Seçenek 1 - Azot Tabancası (önerilmez):
- Tüplerin altındaki altın nanopartiküllerin siyah peletlerini içeren santrifüj tüplerini hafifçe kurutmak için duman kaputunda bir azot tabancası veya vana kullanın.
- Çok fazla azot basıncı kullanmamaya dikkat edin, aksi taktirde kırılgan altın nanopartikül peletleri yerinden çıkabilir.
NOT: Altın nanopartiküllerin azot tabancası ile kurutülmesi ideal değildir, çünkü altın nanopartikül peletlerinin hasar görmesine / kaybolmasına neden olabilir.
- Seçenek 2 - Vakum Kurutma (önerilen):
- 50 mL santrifüj tüplerindeki kapakları altın nanopartikül peletlerle gevşetin, böylece tüpler hala kaplanır, ancak çözücü buharlaşabilir ve tüplerin içinden kaçabilir.
- Azot torpido gözünün vakum yük kilidinin içine altın nanopartiküllü tüp rafını yerleştirin. Dış yük kilidi kapısını kapatın ve kapatın ve yük kilidinde vakum çekmeye başlamak için vanayı vakum pompasına açın.
- Çözücüyü buharlaşmak ve nanopartikülleri kurutmak için gösterge basıncının yaklaşık yarısına (~-15 inHg) kadar pompalayın.
- Altın nanopartikülleri orta derecede vakum basıncında (yarım ölçer, ~-15 inHg) ~5 dakika boyunca yük kilidinde bırakın. Daha düşük bir basınca pompalamayın ve çok uzun süre vakumda bırakmayın, aksi durumda oleylamin ligandları kopabilir.
- Altın nanopartikülleri kurutmak ve kalan çözücüyü buharlaşmak için altın nanopartiküller birkaç dakika vakum altında kaldıktan sonra, yük kilidi atmosferik basınca ulaşana kadar yük kilidini azotla temizleyin.
- Altın nanopartiküllü 50 mL santrifüj tüplerini yük kilidinden çıkarın ve duman kaputunda altın nanopartikül peletlerinin kuruluğuna bakın.
NOT: Ek Şekil 10, 50 mL konik santrifüj tüpünün altındaki kurutulmuş altın nanopartikül peletinin vakumla kurutulduktan sonra nasıl bakması gerektiğini göstermektedir. 50 mL konik santrifüj tüpünün içinde hala bir miktar çözücü varsa, kalan çözücüyü buharlaştırmak için altın nanopartiküllerin daha fazla kurutulduğu gerekir. Vakumlu kurutma, azot tabancası kurutma gibi daha agresif yöntemlere kıyasla altın nanopartikül peletine zarar verme veya kaybetme olasılığı daha az olduğu için kurutma için tercih edilen yöntemdir. Vakum yük kilidi yoksa veya tercih edilirse, altın nanopartiküller bir vakum kurutucuda da kurutulabilir.
- Altın nanopartikül peletleri kuruduktan sonra, kapakları santrifüj tüplerine sıkıca vidalayın.
- Laboratuvar filmini sıkıca kapalı kapakların etrafına sarın ve santrifüj tüplerini içindeki altın nanopartikül peletleriyle kapatın.
- 50 mL santrifüj tüplerini altın nanopartikül çökelti peletleri ile "Dried Au NP" ve tarih (örneğin, 9-28-2020) gibi uygun şekilde açıklayıcı bir etiketle etiketleyin.
- Kapalı santrifüj tüplerini kurutulmuş altın nanopartikül peletleri ile 2 °C - 8 °C buzdolabının içine yerleştirin. Tüpleri dik tutmak için bir tepsi veya 50 mL konik santrifüj tüp rafları kullanın.
NOT: Ek Şekil 11, laboratuvar filmi ile kaplanmış, etiketlenmiş ve 2 °C - 8 °C buzdolabında saklanan santrifüj tüplerini gösterir. Her santrifüj tüpü, yeniden sulanan altın nanopartiküllerin bir çözeltisini yapmak için kullanılana kadar buzdolabında saklanabilir.
12. Kimyasal Reaksiyon Camlarını Temizleyin (Altın Nanopartikül Sentezi'nden Sonra)
DİkKAT: Altın etchant TFA ve aqua regia aşındırıcıdır. Kimyasal eldiven, kimyasal önlük, gözlük ve yüz kalkanı gibi gerekli kişisel koruyucu ekipmanı (KKD) giyin. Aşındırıcı çözeltiyi sadece gerekli KKD'yi takarken asit ıslak bir tezgahta kullanın.
- Duman kaputunda, cam reaksiyon kabını asetonla temizleyin ve kalan altın nanopartikül çözeltisini yıkamak için asetonu cam reaksiyon kabında döndürün, ardından kirli asetonu kirli bir çözücü toplama kabına atın ve kirli çözücüyü yanıcı bir atık şişesine atın.
- Asit ıslak tezgahında, kondenser tüpü takılı cam reaksiyon kabını destek için 600 mL'lik bir kabın içine yerleştirin ve daha fazla destek için kondenser tüpünün yan tarafını asit ıslak tezgahın yan duvarına yaslayın.
- Kimyasal reaksiyon züccaciyesini (kondenser tüpü, reaksiyon kabı, cam pipet) ve manyetik karıştırma çubuğunu, 1:1 DI su ile karıştırılan kullanılmış ~300 mL altın etchant TFA çözeltisini (daha önce kaydedilmiş ve yeniden kullanılmak üzere ayrılmıştır) kondenser tüpüne ve reaksiyon kabı cam eşyalarına dökerek temizleyin. Manyetik karıştırma çubuğunu ve uzun cam mezunu pipeti kondenser tüpüne yerleştirin. Kondenser tüpünü, üzerine gerektiği gibi DI suyu ile doldurun ve altın etchant TFA banyosunun 30 dakika boyunca cam eşyaları oturup temizlemesine izin verin.
- 30 dakika sonra, tüm altın etchant çözeltisini reaksiyon kabına toplamak için kondenser tüpü ile reaksiyon kabı arasındaki contayı kırın ve kullanılmış altın etchant çözeltisini 400 mL behere dökün. Kullanılmış altın etchant çözeltisi için kimyasal atık şişesine altın etchant çözeltisini dökün.
- Hala asit ıslak tezgahta, kalan altın etchant çözeltisini temizlemek için kimyasal reaksiyon camlarını ve manyetik karıştırma çubuğunu DI su ile 3-4 kez yıkayın ve ardından kimyasal reaksiyon camlarının ve manyetik karıştırma çubuğunun bir DI su banyosunda 30 dakika daha oturmasına izin verin.
- Di su banyosunda 30 dakika oturduktan sonra, suyu boşaltın ve di su tabancasını kullanarak suyu asit ıslak tezgah giderini yıkayın. Asetonla durulayın ve ardından azot tabancasıyla camları kurulayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Şekil 1, altın nanopartikül sentezi kimyasal reaksiyon karışımı çözeltisinin (tetratrakonoaurik asit, oleylamin ve toluen) başlangıçta reaksiyon kabında kaynarken birkaç dakika boyunca nasıl yavaş yavaş renk değiştirmesi gerektiğini göstermektedir; açıktan açık sarıya (sol görüntü), açık pembeye (orta görüntü), açık kırmızıya (sağ görüntü). Çözeltinin değişen rengi, altın nanopartiküllerin zamanla çekirdeklenmeye ve büyümeye başladıkça değişen boyutunun bir göstergesidir. Genel olarak, altın nanopartikül çözeltisi, altın nanopartiküller çekirdeklenip büyüdükçe zamanla daha koyu ve daha kırmızı / mor hale gelmelidir. Şekil 2, 2 saat kaynattıktan sonra altın nanopartikül sentezi kimyasal reaksiyon karışımı çözeltisinin son koyu kırmızı/mor rengini gösterir. Altın nanopartikül çözeltisinin koyu kırmızı/ mor rengi, ~12 nm çapında konsantre bir altın nanopartikül çözeltisinin karakteristiğidir. Şekil 3, altın nanopartiküllerin boyutunu ve monodispersitesini karakterize etmek için kullanılan altın nanopartikül monolayerinin (silikon bir substrata biriktirildikten sonra) taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüsünü göstermektedir. Altın nanopartiküllerin tümü, yüksek monodisperse ise kabaca aynı boyuta / çapa sahip görünmelidir. Altın nanopartiküller polidisperse ise, boyutlarında / çaplarında büyük farklılıklar olacaktır. Çoğu uygulamada, genellikle polidispersite yerine monodispersite tercih edilir. Şekil 4, altın nanopartiküllerin taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüsünü ve altın nanopartiküller için ~12 nm ± 2 nm çapında olduğunu gösteren çap ölçümlerini göstermektedir. Bu altın nanopartiküller oldukça monodisperse gibi görünüyor.
| Çözüm Türü | Madde Numarası | Kimyasal Miktarı ve Türü | Açıklamalar/Açıklama |
| enjeksiyon | 1 | 150 mg tetraktraroaurik asit (HAuCl4) (0,15 mmol) | reaksiyon kabına enjekte etmek için |
| 2 | 3,0 g (3,7 mmol, 3,6 mL) oleylamin | ||
| 3 | 3.0 mL toluen | ||
| Kaynar | 1 | 5,1 g (6,4 mmol, 8,7 mL) oleylamin | reaksiyon kabında kaynatmak için |
| 2 | 147 mL toluen | ||
| Yıkama/Arıtma | 1 | 10 mL toluen (x3 yıkama) (x12 tüp) = 360 mL toluen | altın nanopartiküllerin yıkanması/saflaştırılması için |
| 2 | 40 mL metanol (x3 yıkama) (x12 tüp) = 1,44 L metanol | ||
| Altın Etchant | 1 | 150 mL altın etchant TFA [veya aqua regia] | kimyasal reaksiyon cam eşyaları/malzemelerini temizlemek için |
| 2 | 150 mL deiyonize (DI) su |
Tablo 1: Kimyasal Miktarlar Bu tablo enjeksiyon çözeltisi, kaynama çözeltisi, yıkama/arıtma çözeltisi ve altın etchant çözeltisinin hazırlanması için gerekli olan kimyasalların miktarını ve türünü göstermektedir.
Ek Şekil 1: Altın Etchant TFA Solüsyonu ile Kimyasal Reaksiyon Züccaciyesinin Temizlenmesi. Bu rakam, kimyasal reaksiyon camlarını (kondenser tüpü, reaksiyon kabı, cam pipet) ve manyetik karıştırma çubuğunun, kondenser tüpü ve reaksiyon kabı cam eşyalarında ~150 mL altın etchant TFA çözeltisinin ~300 mL karışımı ve ~150 mL DI suyu (1:1 karışımı) ile temizlendiğini göstermektedir. Manyetik karıştırma çubuğu ve uzun cam mezunu pipet kondenser tüpüne yerleştirilir ve altın etchant TFA banyosu, asit ıslak bankta 30 dakika boyunca züccaciyeyi oturtmak ve temizlemek için bırakılır. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 2: Azot Torpido Gözüne Aktarılmadan Önce Temiz Cam eşyalar ve Malzemeler. Bu rakam temizlendikten ve kurutulduktan sonra züccaciye ve malzemeleri gösterir. Züccaciye ve malzemeler, azot torpido gözüne aktarılmadan önce kirden/döküntülerden korunmak için alüminyum folyo ile sarılır/kaplanır. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 3: Azot Torpido Gözünde Altın Nanopartikül Sentez Deneysel Kurulumu. Bu rakam azot torpido gözünde altın nanopartikül sentezi deneysel kurulumunu göstermektedir. Cam reaksiyon kabı ısıtıcının/karıştırıcının üstündeki fiberglas ağ kabının üzerine dayanır ve kondenser tüpü cam reaksiyon kabının üzerine bağlanır. Kondenser tüpü, kıskaçlı stand tarafından mekanik olarak desteklenir. Kondenser tüpünün su giriş ve çıkış portlarına bağlı iki hortum vardır (tüpün altındaki giriş portu ve tüpün üstündeki çıkış portu ile) böylece su kondenser tüpünün dibinden kondenser tüpünün üstüne akar, tüpü soğutur ve içindeki buharı yoğunlaştırır. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 4: Enjeksiyondan Önce Tetraktraroaurik Asit, Oleylamin ve Toluen Çözeltisinin Karıştırılması. Bu şekil, PTFE kaplı bir kapakla sulu olmayan bir çözelti 20 mL cam şişeye karıştırılırktan sonra tetraktraroaurik asit, oleylamin ve toluen enjeksiyon çözeltisini gösterir. Enjeksiyon çözeltisi salladıktan ve karıştırdıktan sonra koyu kırmızı veya mor görünmelidir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 5: Cam Pipet Kullanarak Reaksiyon Kabına Çözelti Enjekte Etmeye Hazırlanıyor. Bu şekil, tetraktiloroorik asit, oleylamin ve toluen enjeksiyon çözeltisinin, çözeltiyi cam reaksiyon kabındaki oleylamin ve toluenin kaynama çözeltisine hızlı bir şekilde enjekte etmeden hemen önce, valfli kauçuk ampul ile uzun dereceli cam pipete çekildiğini göstermektedir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 6: Her 50 mL Konik Santrifüj Tüpüne ~12 mL Altın Nanopartikül Çözeltisi dökülmesi. Bu rakam, her tüpte ~35 mL metanol bulunan 50 mL konik santrifüj tüplerinin her birine eşit olarak dökülen ~12 mL altın nanopartikül çözeltisini göstermektedir. Metanol, altın nanopartikülleri temizlemek ve yıkamak için yayınlanmamış başlangıç malzemelerini ve yan ürünleri çıkarmak için kullanılır. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 7: Santrifüjlemeden Sonra 50 mL Santrifüj Tüpleri, Altta Altın Nanopartikül Peletler. Bu rakam, santrifüjlemeden sonra 50 mL konik santrifüj tüplerinde altın nanopartikül çözeltisinin nasıl görünmesi gerektiğini, her santrifüj tüpünün altındaki koyu altın nanopartikül peletlerine toplanan altın nanopartiküllerle göstermektedir. Koyu altın nanopartikül peletlerinin üzerinde, süpernatan metanol / toluen çözeltisi açık / şeffaf görünüyor, bu da santrifüjlemenin altın nanopartikülleri çözeltiden çöktüğüne işaret ediyor. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 8: ~10 mL Toluen ile Doldurduktan Sonra Au NPs ile 50 mL Santrifüj Tüpleri Girdaplama. Bu rakam, altın nanopartikül çözeltisi ve toluen içeren santrifüj tüplerinin girdaplandığını ve yeniden depolandığını göstermektedir. Girdap, altın nanopartikülleri sonike etmekten çok daha iyi ve daha naziktir. Altın nanopartiküller sonike edilmemelidir, çünkü sonication altın nanopartiküllerden oleylamin ligandlarını sıyırabilir ve altın nanopartiküllerin toplanmasına ve tortulasyonuna neden olabilir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 9: Altın Nanopartikül Pelet / Kalıntı Neredeyse Tamamen Resüspended kadar Girdap. Bu rakam, altın nanopartiküller her bir altın nanopartikül peletini ~10 mL toluen ile girdaplayarak çözeltiye yeniden atıldığında altın nanopartikül çözeltisinin nasıl görünmesi gerektiğini göstermektedir. 50 mL santrifüj tüpleri, siyah sıvı/çökelti/altın nanopartiküller toluen içinde yeniden depolanıp dağılana ve çözelti bulutlu/karanlık görünene kadar girdaplanmalıdır. Santrifüj tüpünün tabanı, siyah nanopartikül kalıntılarının neredeyse tamamının veya çoğunun çözeltiye yeniden sağlandığından emin olmak için kontrol edilmelidir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 10: 50 mL Konik Santrifüj Tüpünde Kurutulmuş Altın Nanopartikül Pelet. Bu rakam, 50 mL konik santrifüj tüpünün dibindeki kurutulmuş altın nanopartikül peletinin vakumla kurutulduktan sonra nasıl görünmesi gerektiğini göstermektedir. 50 mL santrifüj tüpündeki altın nanopartiküller 3 ayrı kez yıkandıktan ve toluen ve metanol son kez döküldükten sonra, kalan çözücüyü buharlaşmak için altın nanopartiküllerin kurutulması gerekir. Vakumlu kurutma, azot tabancası kurutma gibi daha agresif yöntemlere kıyasla altın nanopartikül peletine zarar verme veya kaybetme olasılığı daha az olduğu için kurutma için tercih edilen yöntemdir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 11: Kapak Tüpleri, Laboratuvar Filmi ile Sarın, Etiket Tüpleri ve 2 °C - 8 °C Buzdolabında Saklayın. Bu rakam, laboratuvar filmiyle kaplanmış, etiketlenmiş ve 2 °C - 8 °C buzdolabında saklanan santrifüj tüplerini göstermektedir. Altın nanopartikül çökelti peletlerine sahip 50 mL santrifüj tüpler, isim, örnek numarası ve tarih gibi uygun şekilde açıklayıcı bir etiketle etiketlenmelidir. Tüpleri buzdolabında dik tutmak için bir tepsi veya 50 mL konik santrifüj tüp rafları kullanılabilir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 1: Enjeksiyondan birkaç dakika sonra renkleri değiştiren altın nanopartikül çözeltisi. Bu rakam, altın nanopartikül sentezi kimyasal reaksiyon karışımı çözeltisinin (tetratrakonoaurik asit, oleylamin ve toluen) başlangıçta reaksiyon kabında kaynarken birkaç dakika boyunca nasıl yavaş yavaş renk değiştirmesi gerektiğini göstermektedir; açıktan açık sarıya (sol görüntü), açık pembeye (orta görüntü), açık kırmızıya (sağ görüntü). Çözeltinin değişen rengi, altın nanopartiküllerin zamanla çekirdeklenmeye ve büyümeye başladıkça değişen boyutunun bir göstergesidir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Altın Nanopartikül Çözeltisi 2 Saat Kaynadıktan Sonra Koyu Kırmızı/Mordur. Bu rakam, reaksiyon kabında 2 saat kaynattıktan sonra altın nanopartikül sentezi kimyasal reaksiyon karışımı çözeltisinin son koyu kırmızı/mor rengini gösterir. Altın nanopartikül çözeltisinin koyu kırmızı/ mor rengi, ~12 nm çapında konsantre bir altın nanopartikül çözeltisinin karakteristiğidir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Altın Nanopartikül Monolayer'in Elektron Mikroskobu (SEM) Görüntüsünün Taranır. Bu şekil, altın nanopartiküllerin boyutunu ve monodispersitesini karakterize etmek için kullanılan altın nanopartikül monolayerinin (silikon bir substrata biriktirildikten sonra) taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüsünü göstermektedir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Altın Nanopartikül Çapı Ölçümleri ile Elektron Mikroskobu (SEM) Görüntüsünün Taranır. Bu şekil, altın nanopartiküllerin taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüsünü ve altın nanopartiküller için ~12 nm +/- 2 nm çapında olduğunu gösteren çap ölçümlerini göstermektedir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Yukarıda sunulduğu gibi altın nanopartikül sentez protokolünü gerçekleştirmek~ 12 nm çapında ve oldukça yüksek monodispersiteye (± 2 nm) sahip altın nanopartiküller üretmelidir. Bununla birlikte, altın nanopartiküllerin boyutunu/çapını ve monodispersitesini/polidispersitesini potansiyel olarak değiştirmek için ayarlanabilecek bazı kritik adımlar ve proses parametreleri vardır. Örneğin, öncü çözeltiyi reaksiyon kabına enjekte ettikten ve tetraktiloroorik asit, oleylamin ve toluen çözeltisinin iki saat kaynatmasına izin ettikten sonra, reaksiyon çözeltisinin hemen söndürülmesi veya gecikmeli söndürme ve doğal soğutma yapma seçeneği vardır. Hemen söndürme isteniyorsa, 2 saatlik ısıtılmış reaksiyon adımı tamamlandıktan hemen sonra, altın nanopartiküller ürününü çökeltmek için reaksiyon kabına 100 mL metanol eklenir. Çekirdeklenme doymuş çözeltideki tüm nanopartiküller için kabaca aynı anda gerçekleştiğinden, anında söndürme daha iyi dağılım ilişkileri sağlayabilir; çözelti ne kadar uzun süre söndürülmemiş kalırsa, nanopartiküllerin boyutu o kadar büyük ama daha rastgele hale gelir. Bunun yerine gecikmeli söndürme ve doğal soğutma isteniyorsa, 2 saatlik ısıtılmış reaksiyon adımı tamamlandıktan sonra, çözeltinin 1 saat boyunca doğal olarak oda sıcaklığına soğumasına izin verilir. Alternatif olarak, çözelti, altın nanopartiküller ürününü çökeltmek için 100 mL metanol eklenmeden önce ertesi güne kadar (örneğin, gece bekleyin) daha da soğumaya bırakılabilir. Araştırmacılar, hangi yöntemin büyük ve yüksek monodisperse altın nanopartiküller yapmak için en iyi sonuçları ürettiğini belirlemek için hem anında söndürme hem de gecikmeli söndürme ve 1 saat gecikmeli söndürme ile denemek isteyebilirler. Bir saat gecikmeli söndürme, şu anda yüksek monodisperse olan altın nanopartiküllerin üretilmesi önerilen prosedürdür, ancak hangi prosedürün üstün sonuçlar verdiği henüz belirlenmemiştir, bu nedenle bazı deneysel araştırmalar faydalı olabilir.
Protokolde altın nanopartiküllerin monodispersitesini etkileyen bir diğer kritik adım, doymuş çözeltinin çok kısa bir zaman aralığında mümkün olduğunca çok çekirdek oluşturmasına izin vermek için öncüllerin hızlı enjeksiyonudur. Öncü enjeksiyondan kısa bir süre sonra, birkaç yeni çekirdek formu ve altın atomları sadece mevcut çekirdeklere katılmalıdır. Yüksek monodispersite için gerekli olan, çekirdeklenme dönemine göre uzun ve tutarlı bir büyüme dönemidir. Yüksek büyüme:çekirdeklenme zaman oranı monodispersiteye fayda sağlamalıdır. Bu hesapta, öncül çözeltinin çok hızlı bir şekilde enjekte edilmesi yüksek monodispersite için önemlidir ve reaksiyonu söndürmeyi beklemek (gecikmeli söndürme) monodispersiteyi artırmak için de yararlı olabilir. Bununla birlikte, Ostwald olgunlaşma13'ün rakip mekanizması polidispersite için itici bir faktördür. Küçük nanopartiküllerin yüzeyindeki altın atomlarının yüzey enerjisi, büyük nanopartiküllerin yüzeyindeki altın atomlarının yüzey enerjisinden daha yüksektir. Ostwald olgunlaşması, küçük nanopartiküllerin küçülmesi ve büyük olanların büyümesi için termodinamik bir itici güçtür14. Bu, çözümde zaman içinde gerçekleşebilecek bir olgudur.
Dikkate alınması gereken bir diğer değişken, altın nanopartiküller üzerindeki oleylamin ligand tabakasının stabilitesi ve altın nanopartikül yüzeylerinin oleylamin ligandları tarafından ne kadar iyi pasifleştirilmiş olduğudur. Altın nanopartikül sentez reaksiyonunun farklı noktalarında yüzey geçişinin ilerlemesi için bir gösterge olmasa da, yüzey geçişinin zaman içinde nasıl gelişmesi gerektiği hayal edilebilir. Reaksiyonun başında, altın nanopartikülleri yoktur ve oleylamin aslında altını klor bağlarından kurtarmak için bir azaltıcı madde görevi görüyor. Reaksiyonun sonunda, altın nanopartikül yüzeyleri tamamen pasif hale getirilmeli. İdeal olarak, reaksiyonun altın nanopartiküllerin yüzeylerinin tamamen pasifleşmesine izin vermek için yeterince uzun süre devam etmesine izin verilmelidir, ancak Ostwald olgunlaşmasının monodisperz yerine altın nanopartikülleri polidisperz yapmaya başlaması kadar uzun olmamalıdır.
Genel olarak, reaksiyonun söndürülmesini gerçekleştirirken dikkat edilmesi gerekenler büyüme:çekirdeklenme zaman oranı, Ostwald olgunlaşma süresini en aza indirme ve yüzey geçişi için yeterli zaman sağlar. Gecikmeli söndürme veya anlık söndürmenin üstün sonuçlar doğurup üretmediği henüz kanıtlanmamıştır (örneğin, büyük, yüksek derecede pasifleştirilmiş ve yüksek monodisperse altın nanopartiküller). Bununla birlikte, biraz gecikmiş söndürme (örneğin, çözeltinin kaynattıktan sonra 1 saat boyunca oda sıcaklığına soğumasını sağlamak) yüksek oranda monodisperse altın nanopartiküller üretebilir, bu nedenle reaksiyonu söndürmeden önce bazı sınırlı gecikme kabul edilebilir. Anında söndürme veya gecikmeli söndürmenin büyük ve yüksek monodisperse altın nanopartiküller üretmek için daha iyi olup olmadığı konusunda daha fazla netlik sağlamak için, tekniğin sorun giderilmesi için yararlı bir deney veya değişiklik, altın nanopartikül sentezi çözeltisini kaynattıktan sonra iki farklı partiye ayırmak ve gecikmeli söndürmeye paralel olarak reaksiyon sonrası söndürme işlemini gerçekleştirmek olacaktır. Bu deneyin/değişikliğin sonucu, çekirdeklenme süresi penceresinin, soğutma için fazladan sürenin (bir saat veya bir gece/gün sonra) büyüme için gerekli olup olmadığını belirleyebilir ve Ostwald olgunlaşma ve yüzey geçişinin bir kombinasyonu aslında su kesmeden önce bekleme/gecikme sırasında altın nanopartiküllerin monodispersitesini (veya polidispersitesini arttırır) azaltır.
Bu altın nanopartikül sentezi yönteminin son husus, altın nanopartiküllerin nasıl depolandığı ve kullanıldığıdır. Sentez işleminden ve temizleme işleminden sonra, altın nanopartiküller azot tabancası kullanılarak veya vakum altında hafifçe kurutulur. Azot tabancası altın nanopartiküllerin siyah peletini yerinden çıkarabileceğinden ve kaybolmasına /kirlenmesine/hasar görmesine neden olabileceğinden, altın nanopartiküllerin azot tabancası kullanmak yerine vakum ortamında kurutulmasının şiddetle tavsiye edilir. Altın nanopartiküllerin vakum ortamında kurutülmesi çok daha naziktir ve altın nanopartikül peletinin yerinden çıkmasını veya kaybolmasını önler. Kuruduktan sonra, altın nanopartiküller temiz ve kuru bir ortamda (örneğin, laboratuvar film mühürlü kapaklı konik santrifüj tüplerinde) kullanılmaya hazır olana kadar 2 °C - 8 °C buzdolabında saklanır. Bu temiz, kuru ve serin ortam, altın nanopartiküllere minimum bozulma ile yaklaşık bir yıl daha uzun bir raf ömrü vermelidir. Altın nanopartikülleri kullanmak için, organik çözücü varlığında altın nanopartikülleri girdaplayarak toluen gibi organik çözücülerin çözeltilerine yeniden kullanılabilirler. Toluen çözeltisinde altın nanopartiküllerin boyutu ve konsantrasyonu daha sonra UV-vis spektrum karakterizasyonu15 kullanılarak doğrulanabilir ve istenen altın nanopartikül konsantrasyonu elde edilene kadar gerekirse toluen ile daha fazla seyreltilebilir. Bir sınırlama, konsantrasyonun her çözüm için analiz edilmesi gerekeceğidir.
Burada sunulan altın nanopartikül sentez protokolü, kimya uzmanı olmayanlar tarafından altın nanopartiküllerin sentezini sağlamak için tasarlanmıştır. Bu protokolün mevcut yöntemlere göre önemi, üretilen nanopartiküllerin miktarını, nanopartiküllerin boyutunu, nanopartiküllerin monodispersitesini ve altın nanopartikülleri kapsülleyen ligandları kontrol etme fırsatı sağlamasıdır. Bu işlem kullanılarak sentezlenen altın nanopartiküller, 2D molekül-nanopartikül dizileri16gibi moleküler elektronik deneyleri için nanoelektronik cihazlar oluşturmak için kullanılmıştır. Bu örnekte, 2D molekül-nanopartikül dizileri, seyreltilmiş altın nanopartiküllerin 200 μL'si toluen çözeltisinde kısmen deiyonize su ile doldurulmuş 15 mL konik santrifüj tüplere yatırılarak oluşturulur. Borular, toluenin buharlaşmasına ve altın nanopartiküllerin su yüzeyinde monolayer oluşturmasına izin vermek için 1 - 3 saat boyunca bozulmadan bırakıldı. Bu altın nanopartikül monolayerleri daha sonra nanoelektronik cihazlar oluşturmak için PDMS pulları kullanılarak silikon mikroçipler gibi substratlara aktarıldı. Altın nanopartiküller üzerindeki oleylamin ligandları daha sonra altın nanopartikül-molekül monolayerlerinin elektronik ve termoelektrik özelliklerini değiştirmek için diğer moleküllerle değiş tokuş edildi17,18. Burada sunulan altın nanopartikül sentez protokolü, bilim, endüstri ve tıp içindeki diğer birçok altın nanopartikül uygulaması için yararlı olabilecek yüksek kaliteli altın nanopartiküller üretir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Acknowledgments
Yazarlar, nanopartikül sentez yöntemlerine yardımcı olduğu için Frank Osterloh'a teşekkür eder. Yazarlar, Ulusal Bilim Vakfı (1807555 & 203665) ve Yarı İletken Araştırma Kurumu'ndan (2836) finansal destek almak isterler.
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).
