תבנית בימוי סינתזה של צינוריות זהב Plasmonic עם ספיג IR מתכוונן

Summary

צינורות זהב הפתרון suspendable עם ממדים מבוקרים יכולים להיות מסונתזים על ידי תצהיר אלקטרוכימי בתחמוצת ממברנות נקבוביות anodic אלומיניום (AAO) באמצעות ליבת פולימר הידרופובי. צינורות זהב ומערכי Nanotube הבטחה עבור יישומים בbiosensing plasmonic, ספקטרוסקופיית ראמאן המשופרת קרקע, חימום צילום תרמי, הובלה יונית ומולקולרית, מיקרופלואידיקה, קטליזה ואלקטרוכימי חישה.

Abstract

מערך כמעט מקביל של הנקבוביות יכול להיות מיוצר על ידי אילגון רדידי אלומיניום בסביבת החומצית ^{1, 2.} יישומים של תחמוצת אלומיניום anodic קרומים (AAO) היו בפיתוח מאז שנת 1990 והפכו לשיטה נפוצה לתבנית הסינתזה של ננו יחס גובה הגבוה, בעיקר על ידי צמיחת אלקטרוכימי או נקבובי הרטבה. לאחרונה, קרומים אלה הפכו זמינים מסחריים במגוון רחב של גדלים וצפיפויות נקבוביים, מה שמוביל לספרייה נרחבת של ננו הפונקציונלי שסונתז מקרומי AAO. אלה כוללים nanorods מרוכבים, nanowires ואת צינורות העשויים ממתכות, חומרים אורגניים או פולימרים ^3-10. קרומי nanoporous שמשו כדי לסנתז מערכי nanoparticle וNanotube כי ביצועים טובים כמו חיישנים שבירים, biosensors plasmonic, או משטח המשופר ראמאן ספקטרוסקופיה (SERS) מצעים ^11-16, כמו גם מגוון רחב של תחומים נוספים, כגון צילום תרמיחימום ^{17, 18} התחבורה ^{permselective, 19,} קטליזה ^{20, 21} מיקרופלואידיקה, ואלקטרוכימי ^{22 חישה, 23.} כאן, אנו מדווחים הליך רומן להכין צינורות זהב בקרומי AAO. ננו החלול יש פוטנציאל יישום בplasmonic וSERS חישה, ואנו צופים צינורות זהב אלה ייאפשרו לאותות plasmon חזקים ורגישות גבוהה, הנובעים מחומר הירד dampening ^15.

Introduction

כאשר הממדים שלהם להתקרב לעומק החדירה של אור (~ 50 ננומטר; ננו), מתכות אצילות, וחשוב ביותר הזהב, תערוכת נכסים מעולים גודל, צורה והסביבה תלויים אופטיים ^{24, 25.} בסולם זה, תאורה ישירה גורמת לתנודה עקבית של אלקטרון הולכה מכונה plasmon שטח התהודה (SPR). SPR תלוי מאוד בגודל nanostructure, צורה, ואת המאפיינים דיאלקטרי של סביב המדיום. יש עניין רב באפיון תכונות SPR בחומרים חדשים, כמו התקני SPR מבוססים הם מתעוררים לשימוש באופטיקה משנה גל, SERS מצעים, וחיישנים רגישים במיוחד אופטיים ^{11-16, 26-29.} ככזה, בפיתוח שיטות חישוביות למדויק יותר לחזות כיצד גודל ומבנה יכולים להשתנות בתגובת plasmonic נשארה מטרה עיקרית. השימוש בממברנות AAO מקנה דרך נוחה להשתנות קוטר חלקיקים או האורך, ומספר מחקרים חשובים להשתמש בזה כדי לקשר ביניasured ומחושב תגובת plasmonic עם משתנה קוטר חלקיקים, אורך, ויחס רוחב ^{30, 31.} אולי שימוש מלומדות והמצליח ביותר של חומרי plasmonic הוא כbiosensors מבוסס השביר. לשם כך, תהודות באדומות לטווח קרוב אינפרא אדום (NIR) (~ 800 – 1300 ננומטר) הן רצויות מכיוון שהם רגישים יותר לשינוי מקדם שבירה, ולשכב בחלון "המים" כזה שהם מועברים דרך מים והן רקמות אדם. ננו הפתרון suspendable עם פסגות SPR באפשרויות לטווח זה פתוח מסקרנים לbiosensing plasmonic vivo.

AAO הנקבובי כבר משמש להכנת צינורות או nanowires פולימר בסינתזת אלקטרוכימי או הרטבת תבנית, והוכיח להיות ישים למגוון רחב של חומרים. קרומי AAO כיום בשימוש לסנתז nanorods הפתרון suspendable גבוה היבט יחס ומערכי nanostructured שמתפקדים כbiosensors ביצועים גבוהים plasmonic או SERS מצעים. בעוד קרומי AAO יש בעיקר שמשו כתבניות לסינתזת מוטות מוצקות, במקרים מסוימים זה עשוי להיות רצוי למבנה כחלול. Plasmonic וSERS יישומי חישה, למשל, הם משטח מבוססים, ומבנים חלולים עם יחס גדול פני שטח לנפח עלולים להוביל לדור אות חזק יותר ורגישות גבוהה יותר ^{14, 15, 32.} עם כל כבוד לזה, צינורות זהב היו מסונתזים משיטות שונות, כולל תגובות חילוף גלוונים על הכסף nanorods ^33, ציפוי electroless ^{34, 35,} שינוי פני שטח של הנקבוביות תבנית ^{36, 37,} שיטות הסול ג'ל ^38, וelectrodeposition ^39-41. סינתזות אלו בדרך כלל עוזבות את צינורות שנוצרו גרוע, נקבוביים או לאפשר למעט מאוד שליט על הגודל והמורפולוגיה. סינתזות דווחו גם בי מעטפת מתכתית שהופקדה על ליבת פולימר בAAO קרום ^{42, 43.} סינתזה אלה לעזוב nanot הזהבubes חייבת המצע ולהסתמך על תחריט תבנית, כדי לאפשר צמיחה של זהב סביב הפולימר, ולכן הם אינם יכולים להילמד בפתרון. יתר על כן, תחריט תבנית יש כמה חסרונות פוטנציאליים. התחריט ראשון, לא אחיד נקבובי לאורך קיר התבנית עשוי להוביל לעובי קליפת זהב לא אחיד. תחריט שנית, משמעותי (כלומר להפוך את צינורות קיר עבים מאוד) עלול להמס קירות נקבוביים לחלוטין.

ממש לאחרונה, גשרים ואח'. דיווחו שיטה חינם איכול לסנתז צינורות זהב בקרומי AAO המשתמשים פולי הקרבה (3-hexyl) ליבת thiophene ותשואות צינורות זהב הפתרון suspendable עם רגישות מקדם שבירה גבוהה מאוד ^15. מאותו ולאחר מכן עבודה, התגלה כי על מנת להפקיד פגזי זהב סביב ליבת הפולימר בלי חריטה כימית, הפולימר חייב להיות צינור כזה שיש מקום אחר בפנים לקריסתו, וחייב להיות הפולימר הידרופובי כזאת שזה יהיה colתפקע על עצמו ולא להיצמד לקירות הנקבוביים תבנית ^16. כאשר פולימרים הידרופילי משמשים, "קליפה" זהב באופן חלקי המכסה את ליבת הפולימר הוא ציין, המציין נדבק ליבת הפולימר לאחד הקירות של התבנית בתצהיר הזהב ^44. בזאת, הפרוטוקול המפורט לסינתזה של צינוריות זהב חלולות המאפשרת שליטה על אורך וקוטר מתואר (איור 1). צינורות זהב הפתרון suspendable אלה מבטיחים חומרים למגוון רחב של יישומים, כולל biosensing plasmonic או מצעי SERS.

Protocol

1. להרכיב אלקטרודה עבודת סילבר אבטח את הצד עליון מצע קרום AAO על צלחת זכוכית באמצעות דבק 2-צדדי. שים לב: לצמצם את שטח הממברנה במגע עם הדבק, כפי שהוא סותם את הנקבוביות. התקנת צלחת הזכוכית לבעל המצ?…

Representative Results

לאחר כל שלב, ניתן בבירור לקבוע אם או לא היא הסינתזה מוצלחת על ידי התבוננות הצבע של הקרום. לאחר תצהיר נחושת (שלב 2.3) התבנית תופיע סגולה. במהלך בתצהיר ניקל (שלב 2.5) התבנית תהפוך שחורה באיטיות. לאחר תצהיר הפולימר (שלב 3.3) התבנית אמורה להופיע כהה סגולה / שחורה ומבריקה יותר …

Discussion

סינתזת בימוי תבנית של nanorods בקרומי AAO הפכה פופולרית יותר ויותר, עם זאת סינתזות של nanorods נוטות להיות רגיש מאוד כלפי שינויים קלים בתנאים חומריים וסינתזה. כאן, הבנה מקיפה של היתרונות והמגבלות של שימוש בממברנות AAO מתוארת, כמו גם הנחיות כלליות לשימוש בממברנות AAO לסינתזה של ננ…

Materials

			Reagent/Material
UniKera Standard Membrane	Synkera Technologies Inc.	SM-X-Y-13	Anodic aluminum oxide membranes are available from synkera in various pore sizes ranging from 13 – 150 nm, and thicknesses from 50 to 100 μm. We use the 50 μm ones. They are symmetric, meaning the pore size is uniform from top to bottom.
Anopore Inorganic Membranes	Whatman	6809-7023	13 mm diameter, 200 nm pore size. These membranes are very fragile. The pore diameters are not uniform throughout, so it is important to always use the bottom of the membrane as the working electrode
Silver Pellets %99.99	Kurt J. Lesker	EVMAG40EXE-D
Copper(II) sulfate pentahydrate	Sigma-Aldrich	209189
Sulfuric acid	ACP	S8780	Caution: corrosive liquid
Hydrogen peroxide (30%)	ACP	H7000	Caution: oxidizing liquid
Nitric Acid	ACP	N2800	Caution: corrosive fuming liquid
Sodium Hydroxide	Fisher Scientific	S318-1	Caution: caustic powder
Watts Nickel Pure	Technic Inc.	130859	Product is no longer available from Technic inc., however other commercial nickelplating solutions will work.
Techni-Gold 434HS	Technic Inc.	X6763600	Contains cyanide, do not acidify
Boron trifluoride diethyl etherate	Sigma-Aldrich	175501-100ML	Must be stored and used under inert atmosphere
3-hexylthiophene	Sigma-Aldrich	399051-5G
Deuterium Oxide	Sigma-Aldrich	151880-100G
Acetonitrile (anhydrous)	Sigma-Aldrich	271004
Ethanol (anhydrous)	Caledon Labs	1500-1-05
			Equipment
EC Epsilon potentiostat/galvanostat	BASi (Bioanalytical Systems, Inc.)	N/A	Reference electrodes and platinum wires were included with the potentiostat, and replacements can be purchaes from BASi http://www.basinc.com/products/ec/epsilon/features.html
Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometer	Agilent Technologies	N/A	http://www.chem.agilent.com/en-US/products-services/Instruments-Systems/Molecular-Spectroscopy/Cary-5000-UV-Vis-NIR/Pages/default.aspx
Thermomixer R	Eppendorf	N/A	http://www.eppendorf.com/int/index.php?action=products&contentid=1&catalognode=9832
Branson 2510 Ultrasonic Cleaner	Bransonic	Z244810 (From Sigma Aldrich)	http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/Z244910?lang=en&region=CA
Covap 2 thermal evaporator	Angstrom Engineering	N/A	http://www.angstromengineering.com/covap.html
Millipore Synergy water purification system	Millipore	N/A	http://www.millipore.com/catalogue/module/c9209