Summary
يتم تقديم بروتوكول لتجميع ~ 12 نانومتر قطر الذهب الجسيمات النانوية (Au) في المذيبات العضوية. وتوج الجسيمات النانوية الذهب مع ليغاندس أوليلامين لمنع التكتل. الجسيمات النانوية الذهبية قابلة للذوبان في المذيبات العضوية مثل التولوين.
Abstract
تم تصنيع الجسيمات النانوية الذهبية (Au nanoparticles) التي يبلغ قطرها ~ 12 نانومتر عن طريق حقن محلول بسرعة 150 ملغ (0.15 ملليمول) من حمض رباعي الكلور في 3.0 غرام (3.7 ملليمول، 3.6 مل) من أوليلامين (الصف التقني) و 3.0 مل من التولوين إلى محلول غليان 5.1 غرام (6.4 ملليمول، 8.7 مل) من الأوليلامين في 147 مل من التولوين. أثناء غلي وخلط محلول التفاعل لمدة ساعتين ، تغير لون خليط التفاعل من واضح ، إلى أصفر فاتح ، إلى وردي فاتح ، ثم ببطء إلى أحمر داكن. ثم تم إيقاف الحرارة ، وسمح للحل بالتبريد تدريجيا لدرجة حرارة الغرفة لمدة ساعة واحدة. ثم تم جمع الجسيمات النانوية الذهبية وفصلها عن المحلول باستخدام جهاز طرد مركزي وغسلها ثلاث مرات؛ عن طريق الدوامة وتشتيت الجسيمات النانوية الذهبية في أجزاء 10 مل من التولوين ، ثم تسريع الجسيمات النانوية الذهبية عن طريق إضافة أجزاء 40 مل من الميثانول وغزلها في جهاز طرد مركزي. ثم تم إزالة الحل لإزالة أي منتجات ثانوية متبقية ومواد بدء غير منقحة. تجفيف الجسيمات النانوية الذهب في بيئة فراغ أنتجت بيليه أسود صلب. التي يمكن تخزينها لفترات طويلة من الزمن (تصل إلى سنة واحدة) لاستخدامها في وقت لاحق، ومن ثم إعادة حلها في المذيبات العضوية مثل التولوين.
Introduction
الجسيمات النانوية الذهبية هي فئة مثيرة للاهتمام ومفيدة من المواد النانوية التي هي موضوع العديد من الدراسات البحثية والتطبيقات. مثل البيولوجيا1، الطب2، تكنولوجيا النانو3، والأجهزة الإلكترونية4. يعود تاريخ البحث العلمي في الجسيمات النانوية الذهبية إلى عام 1857، عندما أجرى مايكل فاراداي دراسات تأسيسية حول تركيب وخصائص الجسيمات النانوية الذهبية5. التقنيتين الأوليتين "من أسفل إلى أعلى" لتجميع الجسيمات النانوية الذهبية هما طريقة تقليل السيترات6و7و8 وطريقة التوليف العضوية ذات المرحلتين9و10. "Turkevich" أسلوب خفض سيترات تنتج أحادية الجسيمات النانوية الذهب إلى حد ما تحت 20 نانومتر في القطر، ولكن يزيد من تعدد الأضلاع للجسيمات النانوية الذهب فوق 20 نانومتر في القطر؛ في حين أن طريقة "بروست شيفرين" على مرحلتين تستخدم الكبريت / ثيول ليجند - الاستقرار لإنتاج الجسيمات النانوية الذهب تصل إلى ~ 10 نانومتر في القطر11. حلول الجسيمات النانوية الذهبية التي يتم تصنيعها مسبقا باستخدام هذه الطرق متوفرة تجاريا. بالنسبة للتطبيقات التي لا تكون فيها الكميات الكبيرة والاحادية العالية والأقطار الكبيرة من الجسيمات النانوية الذهبية ضرورية ، قد يكون كافيا لشراء واستخدام هذه الجسيمات النانوية الذهبية المركبة مسبقا من الموردين. ومع ذلك، فإن الجسيمات النانوية الذهبية المخزنة في المحلول، مثل العديد من الجسيمات المتاحة تجاريا، قد تتحلل بمرور الوقت مع بدء الجسيمات النانوية في التكتل وتشكيل مجموعات. بدلا من ذلك، بالنسبة للتطبيقات واسعة النطاق، والمشاريع طويلة الأجل التي تحتاج الجسيمات النانوية الذهب لاستخدامها بشكل متكرر أو على مدى فترة طويلة من الزمن، أو التي هناك متطلبات أكثر صرامة ل مونوديسبيرز وحجم الجسيمات النانوية الذهب، قد يكون من المستحسن لأداء تخليق الجسيمات النانوية الذهب نفسه. من خلال تنفيذ عملية تخليق الجسيمات النانوية الذهبية ، يمكن للمرء أن يتحكم في معلمات توليف مختلفة مثل كمية الجسيمات النانوية الذهبية التي يتم إنتاجها ، وقطر الجسيمات النانوية الذهبية ، وتوحيد الجسيمات النانوية الذهبية ، والجزيئات المستخدمة كليجاندس متوجا. وعلاوة على ذلك، يمكن تخزين هذه الجسيمات النانوية الذهبية ككريات صلبة في بيئة جافة، مما يساعد على الحفاظ على الجسيمات النانوية الذهبية بحيث يمكن استخدامها في وقت لاحق، حتى بعد عام، مع الحد الأدنى من التدهور في الجودة. وهناك أيضا إمكانية تحقيق وفورات في التكاليف والحد من النفايات عن طريق تصنيع الجسيمات النانوية الذهبية بكميات أكبر ثم تخزينها في حالة جافة بحيث تستمر لفترة أطول. وعموما، فإن توليف الجسيمات النانوية الذهبية يوفر لنفسه مزايا مقنعة قد لا تكون مجدية مع الجسيمات النانوية الذهبية المتاحة تجاريا.
من أجل تحقيق العديد من المزايا التي هي ممكنة مع تخليق الجسيمات النانوية الذهب، يتم تقديم عملية هنا لتجميع الجسيمات النانوية الذهب. عملية تخليق الجسيمات النانوية الذهبية الموصوفة هي نسخة معدلة من عملية تم تطويرها من قبل هيراماتسو وأوسترلوه12. وعادة ما يتم تصنيع الجسيمات النانوية الذهبية بقطر ~ 12 نانومتر باستخدام عملية التوليف هذه. الكواشف الكيميائية الأولية التي تستخدم لأداء عملية تخليق الجسيمات النانوية الذهب هي حمض رباعي الكلور (HAuCl4),أوليلامين, والتولوين. يستخدم صندوق قفازات النيتروجين لتوفير بيئة جافة خاملة لعملية تخليق الجسيمات النانوية الذهبية ، لأن حمض رباعي الكلور هو حساس للماء / الرطوبة. يتم تغليف الجسيمات النانوية الذهبية بجزيئات أوليلامين ليجند لمنع الجسيمات النانوية الذهبية من التكتل في المحلول. في نهاية عملية التوليف ، يتم تجفيف الجسيمات النانوية الذهبية في بيئة فراغ بحيث يمكن تخزينها والحفاظ عليها في حالة جافة لاستخدامها لاحقا ، حتى بعد عام واحد. عندما تكون الجسيمات النانوية الذهبية جاهزة لاستخدامها ، يمكن إعادة إنفاقها في محلول في المذيبات العضوية مثل التولوين.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
الكميات الكيميائية:
ملاحظة: للحصول على كميات كيميائية مناسبة لتركيب الجسيمات النانوية، خذ الكميات الأولية الموجودة على ورقة "تخليق الجسيمات النانوية" (في الصفحة الثانية من المعلومات الداعمة من المادة12من بحث أوسترلوه)، وضرب كمية جميع الجرعات ب 3، مع بعض التعديلات الطفيفة. ويبين الجدول 1 الكميات الكيميائية اللازمة لمحلول الحقن، محلول الغليان، حلول الغسيل/ التنقية، ومحلول النقوش الذهبية.
تنظيف وإعداد عملية تخليق الجسيمات النانوية الذهبية (اليوم الأول)
ملاحظة: يمكن إكمال الخطوات التالية في اليوم الأول من عملية التوليف.
1. أشياء للتحقق وضمان قبل التحضير لتركيب الجسيمات النانوية الذهب
تنبيه: تأكد من أن التنظيف والتحضير قبل التركيب يتم إجراؤهما في غطاء الدخان ومقاعد البدلاء المبللة الحمضية أثناء ارتداء معدات الحماية الشخصية (PPE) مثل قفازات النتريل ونظارات السلامة / النظارات الواقية ومعطف المختبر أثناء استخدام غطاء الدخان؛ وبالإضافة إلى ارتداء قفازات كيميائية، ثوب الكيميائية، درع الوجه، ونظارات واقية أثناء استخدام مقاعد البدلاء حمض الرطب.
- تأكد من توفر صندوق قفاز النيتروجين، حيث يمكن إجراء تحضيرات المذيبات/الكاشفات وعملية التفاعل التركيبي/الكيميائي.
ملاحظة: إذا كان صندوق قفازات النيتروجين غير متوفر، يمكن استخدام غطاء الدخان بدلا من ذلك (ربما مع خط شلنك)، على الرغم من أن الغلاف الجوي الخامل في صندوق قفازات النيتروجين يجب أن ينتج جسيمات نانوية عالية الجودة عن طريق الحفاظ على نقاء حمض رباعي الكلور (HAuCl4). يجب إعداد محلول حقن الجسيمات النانوية الذهبي الذي يحتوي على حمض رباعي الكلور في الغلاف الجوي الخامل أو صندوق قفازات النيتروجين إذا أمكن. - تأكد من وجود حامل مع المشبك في صندوق قفازات النيتروجين ، لعقد ودعم أنبوب المكثف أثناء عملية تخليق الجسيمات النانوية الذهبية.
ملاحظة: هذا الموقف مع المشبك سيسمح أيضا أنبوب المكثف ليتم رفعها وتعليقها على وعاء رد الفعل في حين يتم حقن التولوين وحمض رباعي الكلور والميلامين الحل في وعاء رد الفعل. - تأكد من أن سخان مع stirrer المغناطيسي ووعاء مقعر دائري مع بطانة الألياف الزجاجية (لعقد ودعم الكرة وعاء رد الفعل، وتسخين وعاء رد الفعل وتناوب شريط stirrer المغناطيسي) يقع في مربع قفاز النيتروجين.
- تأكد من وجود خرطومين مطاطيين (لتوصيل أنبوب المكثف بمدخل الماء / منافذ المنفذ) الموجود داخل صندوق قفازات النيتروجين.
- تأكد من أن الدقة الدقيقة القادرة على دقة المليغرام (ملغ) موجودة في صندوق قفازات النيتروجين.
- تأكد من وجود ما يكفي من الكواشف الكيميائية والمذيبات لعملية التنظيف والتركيب (انظر الجدول 1).
ملاحظة: من الأفضل استخدام جديدة / جديدة عالية النقاء (≥99.8٪) toluene والميثانول التي لم تفتح أو تتعرض للهواء / الماء. ومن الأفضل أيضا استخدام حمض رباعي الكلور اليوريك الطازج/الجديد (HAuCl4)الذي يتم تخزينه في الثلاجة ولا يفتح أبدا حتى يتم نقله إلى صندوق قفازات النيتروجين. يجب ألا يتعرض حمض رباعي الكلور للهواء أو الماء / الرطوبة في أي وقت ، ويجب فتحه فقط في صندوق قفازات النيتروجين ، ويجب تخزينه في صندوق قفازات النيتروجين بعد فتحه في صندوق قفازات النيتروجين. فمن الأفضل استخدام أوليلامين جديدة، وينبغي أيضا أن يتم تخزين أوليلامين في مربع قفازات النيتروجين. حمض رباعي الكلور والأوليولامين التي هي العلامة التجارية الجديدة أو أقل من 1 سنة من العمر ينبغي أن تسفر عن نتائج أفضل. - تأكد من وجود أكياس بلاستيكية وقفازات نيتريل XL ومناديل غرفة تنظيف ورقائق الألومنيوم في صندوق قفازات النيتروجين.
2. تنظيف الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي (قبل الذهب تخليق الجسيمات النانوية)
تحذير: الذهب etchant TFA وأكوا ريجيا هي تآكل. ارتداء معدات الحماية الشخصية اللازمة (PPE) مثل القفازات الكيميائية، والثوب الكيميائي، والنظارات الواقية، ودرع الوجه. التعامل مع الحل التآكل فقط في مقاعد البدلاء حمض الرطب في حين يرتدي معدات الوقاية الشخصية اللازمة.
- في مقاعد البدلاء الحمضية الرطبة ، ضع وعاء التفاعل الزجاجي مع أنبوب المكثف المرفق به في كوب 600 مل للحصول على الدعم ، وابق جانب أنبوب المكثف ضد الجدار الجانبي للمقاعد البدلاء الرطبة الحمضية لمزيد من الدعم.
- تنظيف الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي (أنبوب المكثف، وعاء التفاعل، ماصة الزجاج) وشريط اثارة المغناطيسي عن طريق صب ~ 150 مل من الذهب etchant TFA الحل و ~ 150 مل من المياه DI (1:1 خليط) في أنبوب المكثف والأواني الزجاجية وعاء رد الفعل. ضع شريط التقليب المغناطيسي والزجاج الطويل المصبوب المتخرج في أنبوب المكثف والسماح للاستحمام TFA النقوش الذهب للجلوس وتنظيف الأواني الزجاجية لمدة 30 دقيقة.
ملاحظة: الشكل التكميلي 1 يظهر الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي يجري تنظيفها مع الذهب الخلاف. - بعد 30 دقيقة، فصل الأواني الزجاجية لكسر الختم بين أنبوب المكثف ووعاء رد الفعل لجمع كل حل النقوش الذهب في وعاء رد الفعل، وصب محلول النقوش الذهب المستخدمة في كوب 400 مل في مقاعد البدلاء حمض الرطب.
ملاحظة: سيتم إعادة استخدام محلول النقوش الذهبية لاحقا لتنظيف الأواني الزجاجية للتفاعل الكيميائي بعد انتهاء عملية التركيب. - لا يزال في مقاعد البدلاء حمض الرطب، وغسل الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي وشريط اثارة المغناطيسي 3-4 مرات مع المياه DI لطرد محلول النقوش الذهب المتبقية، ومن ثم السماح للأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي وشريط اثارة المغناطيسي للجلوس في حمام المياه DI لمدة 30 دقيقة إضافية.
- بعد 30 دقيقة من الجلوس في حمام مياه DI، إفراغ المياه واستخدام بندقية المياه DI لغسل المياه أسفل استنزاف مقاعد البدلاء الرطب حمض. ضربة الأواني الزجاجية الجافة مع بندقية النيتروجين.
- في غطاء الدخان، وتنظيف الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي (أنبوب مكثف، وعاء رد فعل، ماصة الزجاج) وشريط اثارة المغناطيسي عن طريق الشطف مع الأسيتون، الميثانول، وisopropanol. ثم ضربة الجافة الأواني الزجاجية مع النيتروجين. تجاهل المذيبات القذرة في زجاجة نفايات قابلة للاشتعال.
- في مقاعد البدلاء الحمضية الرطبة، وتنظيف الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي وشريط اثارة المغناطيسي مع المياه DI، ثم ضربة الجافة الأواني الزجاجية مع النيتروجين.
- في غطاء الدخان، وتنظيف الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي وشريط اثارة المغناطيسي مع toluene، ثم ضربة الجافة الأواني الزجاجية مع النيتروجين. تجاهل محلول الدلوين القذر في زجاجة نفايات قابلة للاشتعال.
- تغطية الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي (أنبوب المكثف، وعاء رد فعل، ماصة الزجاج) وشريط تحريك المغناطيسي مع رقائق الألومنيوم (وخاصة فتحات / منافذ الأواني الزجاجية) للحفاظ على نظافة الأواني الزجاجية. كزة بضع ثقوب صغيرة في رقائق الألومنيوم مع ملاقط، للسماح للماء لتتبخر من الأواني الزجاجية.
3. تنظيف الأواني الزجاجية الأخرى واللوازم التوليف
- في غطاء الدخان، قم بتنظيف الأواني الزجاجية الأخرى (على سبيل المثال، كوب زجاجي سعة 400 مل، و5 مل أسطوانة زجاجية صغيرة متدرجة، وقنينتين زجاجيتين غير مائيتين سعة كل منهما 20 مل مع قبعات مبطنة ب PTFE)، وإمدادات (على سبيل المثال، ملعقة معدنية/ملعقة، ملاقط) مع الأسيتون أو الميثانول أو الأيزوبروبانول ومياه DI؛ ثم ضربة الجافة الأواني الزجاجية الأخرى والإمدادات مع النيتروجين. تجاهل المذيبات القذرة في زجاجة نفايات قابلة للاشتعال.
- إذا كان هناك أي بقايا مرئية على الأواني الزجاجية أو اللوازم، امسحها بمسح غرفة نظيفة أو اغسلها بالصابون والأسيتون / الأيزوبروبانول حتى تختفي البقايا. ثم شطف لهم مع الأسيتون والميثانول، والمذيبات isopropanol مرة أخرى، ومن ثم ضربة الأواني الزجاجية الجافة مع النيتروجين.
- في غطاء الدخان، وتنظيف الأواني الزجاجية الأخرى والإمدادات مع toluene. ثم ضربة الجافة الأواني الزجاجية الأخرى والإمدادات مع النيتروجين. تجاهل محلول الدلوين القذر في زجاجة نفايات قابلة للاشتعال.
- في غطاء الدخان، قم بتنظيف أنابيب الطرد المركزي المخروطية سعة 50 مل باستخدام الأسيتون أو الميثانول أو الإيزوبروبانول والتولوين؛ ثم ضربة الجافة لهم مع النيتروجين.
- تغطية الأواني الزجاجية الأخرى واللوازم مع رقائق الألومنيوم، وخاصة فتحات / منافذ الأواني الزجاجية، للحفاظ على نظافة الأواني الزجاجية. كزة بضع ثقوب صغيرة في رقائق الألومنيوم مع ملاقط، للسماح للماء لتتبخر من الأواني الزجاجية. تأكد من أن القبعات على أنابيب الطرد المركزي 50 مل.
- تنظيف لمبة ماصة المطاط مع الصمامات عن طريق مسحه مع مسح غرفة نظيفة مع isopropanol، ثم استخدام الصمامات لامتصاص بعض isopropanol (على سبيل المثال، في حين بخ بعض في ذلك من زجاجة ضغط isopropanol) في لمبة وبخ من الايزوبروبانول في زجاجة نفايات قابلة للاشتعال. تأكد من عدم وجود بقايا على المصباح. ضربة الجافة لمبة مع النيتروجين وتغطيتها مع رقائق الألومنيوم.
ملاحظة: الشكل التكميلي 2 يظهر الأواني الزجاجية واللوازم بعد تنظيفها.
4. نقل المواد الكيميائية والأواني الزجاجية واللوازم في صندوق قفاز النيتروجين
- استخدام زوج جديد من قفازات النتريل XL على قفازات صندوق القفازات للتعامل مع العناصر والمواد الكيميائية داخل مربع قفازات النيتروجين.
- وضع الزجاجات الكيميائية الجديدة (التولوين والميثانول) في صندوق قفازات النيتروجين (عن طريق نقلها إلى القفل والضخ لأسفل لإزالة الهواء المحيط مع مضخة الفراغ ، ثم تطهير القفل بالنيتروجين). تأكد من أن هناك أيضا زجاجة نفايات قابلة للاشتعال لاستخدامها / اللوثة في مربع قفاز النيتروجين.
- تأكد من أن حمض رباعي كلورو اليوريك (HAuCl4)والأوليلامين موجودان أيضا في صندوق قفازات النيتروجين ، حيث يتم تخزينهما لمنع التعرض للأوكسجين والماء / الرطوبة.
- ضع الأواني الزجاجية للتفاعل الكيميائي (أنبوب المكثف ، وعاء التفاعل ، ماصة الزجاج) ، شريط تحريك مغناطيسي ، أنابيب الطرد المركزي المخروطية سعة 50 مل ، وغيرها من الأواني الزجاجية (على سبيل المثال، 400 مل الكأس الزجاجي، 5 مل اسطوانة زجاجية صغيرة تخرج، واثنين من قارورات الزجاج غير مائي 20 مل مع قبعات PTFE مبطنة) وغيرها من اللوازم (على سبيل المثال، micropipette، نصائح جديدة micropipette نظيفة في كيس من البلاستيك، ملعقة معدنية / ملعقة، ملاقط، لمبة ماصة صمام) في قفل صندوق القفازات. إغلاق باب القفل، ضخ أسفل القفل إلى فراغ، وتركها تحت فراغ لمدة 2 دقيقة، وتطهير loadlock مع النيتروجين، ومن ثم نقل / وضع العناصر داخل مربع قفاز النيتروجين.
ملاحظة: أي المياه المتبقية والمذيبات يجب أن يكون قد تبخرت في loadlock أثناء ضخه وصولا الى فراغ، قبل تطهير loadlock مع النيتروجين. - بعد نقل العناصر داخل صندوق قفازات النيتروجين، استخدم طبقة أخرى من رقائق الألومنيوم لتغطية العناصر (وخاصة الأواني الزجاجية) التي تغطيها رقائق الألومنيوم مع ثقوب في احباط، لتغطية الثقوب ومنع العناصر من الحصول على القذرة داخل مربع قفاز النيتروجين.
- اترك العناصر النظيفة في صندوق قفازات النيتروجين بين عشية وضحاها ، مع دوران النيتروجين ، لإزالة وتصفية أي ماء متبقي / رطوبة / رطوبة من داخل صندوق قفازات النيتروجين.
عملية تخليق الجسيمات النانوية الذهبية (اليوم الثاني)
ملاحظة: يمكن إكمال الخطوات التالية في اليوم الثاني من عملية التوليف.
5. إعداد وتنظيف الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي واللوازم في صندوق قفاز النيتروجين
- البدء في إعداد وتنظيف الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي والإمدادات في مربع قفاز النيتروجين. داخل صندوق قفازات النيتروجين، ضع وعاء التفاعل الزجاجي فوق وعاء شبكة الألياف الزجاجية فوق المدفأة/الستيرر، وضع أنبوب المكثف فوق وعاء التفاعل الزجاجي، مع دعم أنبوب المكثف بالموقف مع المشابك.
ملاحظة: الشكل التكميلي 3 يظهر الإعداد التجريبي توليف الجسيمات النانوية الذهب. - تأكد من أن شريط التقليب المغناطيسي داخل وعاء التفاعل الزجاجي. صب ~ 200 مل من التولوين في وعاء رد فعل الزجاج. ضع وعاء التفاعل الزجاجي مع ~ 200 مل من التولوين على عباءة التدفئة المثيرة وخفض أنبوب المكثف الزجاجي في وعاء التفاعل.
- قم بتوصيل الخراطيم داخل صندوق قفازات النيتروجين بمدخل الماء ومنافذ منفذ أنبوب المكثف.
- خارج مربع قفاز النيتروجين، ضع نهاية خرطوم الصرف الصحي لمنفذ المياه في خزان الصرف الصحي / بالوعة في غطاء الدخان المجاور. استخدام المشبك أو الشريط لعقد خرطوم والحفاظ على خرطوم موجهة إلى أسفل في استنزاف.
- ربط خرطوم مدخل إمدادات المياه إلى خط إمدادات المياه على غطاء الدخان المجاورة.
- قم بتشغيل المياه ومراقبتها ببطء لضمان تدفقها برفق عبر الغرفة الخارجية لأنبوب المكثف. ضبط تدفق المياه حسب الضرورة عن طريق فتح قليلا / إغلاق صمام الماء.
- السماح للمياه بالتدفق عبر منفذ المدخل في الجزء السفلي من أنبوب المكثف، حتى أنبوب المكثف، والخروج من منفذ الميناء على الجزء العلوي من أنبوب المكثف.
- تأكد من عدم وجود فقاعات هواء كبيرة في إمدادات المياه وتأكد من أن الخراطيم مستقرة ميكانيكيا.
ملاحظة: عند الغليان المحاليل في وعاء التفاعل الكيميائي، تدفق ببطء بعض الماء من الجزء السفلي من أنبوب المكثف، حتى من خلال أنبوب المكثف السفينة الغرفة الخارجية، إلى الجزء العلوي من أنبوب المكثف بحيث المياه تستنزف ببطء من خلال خرطوم الصرف الصحي. هذا التدفق البطيء ولكن المستمر للمياه سوف يبرد أنبوب المكثف ويساعد في تكثيف وتسترجع البخار المسلوق. - تأكد من تدفق المياه بلطف عبر أنبوب المكثف لتبريده.
- تدفق النيتروجين الطازج باستمرار في مربع قفاز النيتروجين لتطهير مربع القفازات. تهوية باستمرار مربع قفاز النيتروجين عن طريق سحب فراغ طفيف على مربع قفاز النيتروجين بحيث يتم ضخ النيتروجين وبخار التولوين من صندوق القفازات.
ملاحظة: اسحب فراغا طفيفا على صندوق قفازات النيتروجين عن طريق فتح صمام التعادل قليلا بين صندوق قفازات النيتروجين و loadlock أثناء سحب الفراغ على القفل. لا تفتح صمام التعادل بالكامل أو مستوى الفراغ وتدفق النيتروجين ستكون عالية جدا. تدفق ما يكفي من النيتروجين لطرد وتهوية باستمرار التولوين / بخار الكيميائية في مربع القفازات مع مرور الوقت. يجب تنفيس خط العادم فراغ في غطاء الدخان. - بدء تسخين واثارة التولوين مع الستيرر المغناطيسي على عباءة التحريك والتدفئة. السماح لل toluene لنهج يغلي لطيف. لا تقترب أو تتجاوز درجة حرارة نقطة الوميض من اللولوين. تقليل الحرارة عندما يبدأ في الغليان.
- السماح لل toluene ليغلي وتتبخر لمدة 30 دقيقة مع شريط اثارة المغناطيسي لتنظيف الأواني الزجاجية رد فعل (وعاء رد الفعل وأنبوب المكثف).
ملاحظة: سوف تولوين تبخرت تبرد وتتكثف في أنبوب المكثف، والتنقيط مرة أخرى إلى أسفل في وعاء رد الفعل. - بعد 30 دقيقة، إيقاف سخان وستيرر المغناطيسي، والسماح لل toluene لتهدئة لعدة دقائق، حتى التولوين يتوقف عن التبخر والتكثيف داخل وعاء رد الفعل.
- بعد أن يبرد التولوين ، ارفع أنبوب المكثف بعناية وعلقه فوق وعاء التفاعل عن طريق دعمه باستخدام الحامل مع المشابك. تأكد من تشديد المشبك ودعم أنبوب المكثف بشكل صحيح ، لأنه يمكن أن يكون غير مستقر.
- صب تولوين من وعاء رد الفعل في كوب زجاجي 400 مل. كن حذرا من عدم صب بطريق الخطأ من شريط اثارة المغناطيسي. ضع وعاء التفاعل مرة أخرى على عباءة التدفئة والتحريك.
- دوامة toluene حولها في كوب زجاجي 400 مل لتنظيف الكأس. صب والتخلص من الطلوين القذرة / المستخدمة في زجاجة النفايات القابلة للاشتعال. تنظيف الكأس الزجاجية 400 مل مرة أخرى مع بعض التولوين الطازجة، ومن ثم التخلص من التولوين المستخدمة في زجاجة النفايات القابلة للاشتعال.
6. التولوين والأوليلامين إعداد محلول الغليان
تنبيه: أوليلامين سام وتآكل، لذلك التعامل معها بعناية. إذا كان التعامل مع oleylamine خارج صندوق قفازات النيتروجين، وارتداء معدات الحماية الشخصية اللازمة (PPE) مثل القفازات الكيميائية، ثوب الكيميائية، نظارات واقية، ودرع الوجه. إذا كان التعامل مع oleylamine داخل مربع قفاز النيتروجين، تأكد من تغطية قفازات صندوق القفازات مع قفازات نيتريل XL جديدة / نظيفة. كن حذرا من تسرب الأوليلامين بطريق الخطأ. يمكن وضع بعض مناديل غرفة التنظيف على سطح مقعد المختبر داخل صندوق القفازات للمساعدة في امتصاص أي انسكابات صغيرة.
- داخل صندوق قفازات النيتروجين، قم بعمل محلول غليان من 147 مل (~150 مل) من التولوين و8.7 مل (~9 مل) من الأوليلامين في وعاء التفاعل.
- استخدم الكأس الزجاجية سعة 400 مل لقياس 147 مل (~ 150 مل) من التولوين. صب 147 مل (~ 150 مل) من تولوين من الكأس الزجاجية في وعاء رد الفعل.
- استخدام 5 مل الزجاج الصغيرة تخرج اسطوانة لقياس بعناية 8.7 مل (~ 9 مل) من oleylamine. أولا قياس بعناية وصب 4 مل، ثم 4.7 مل، من أوليلامين من الزجاج الصغير تخرج اسطوانة في وعاء رد الفعل.
- خفض بعناية أنبوب المكثف وصولا الى وعاء رد فعل الزجاج مرة أخرى.
- تأكد من أن المياه تتدفق بلطف من خلال الغرفة الخارجية للأنبوب المكثف لتبرد وتتكثف، وجمع التولوين وبخار الأوليلامين.
- سخني وحركي محلول الأوليلامين والتولوين في وعاء التفاعل واتركي المحلول يقترب من الغليان البطيء/اللطيف (باستخدام عباءة التحريك والتدفئة، مع دوران شريط التقليب المغناطيسي لخلط المحلول). بمجرد أن يصل محلول الأوليلامين والتولوين إلى غليان لطيف ، قم بتدني الحرارة قليلا حتى تغلي ببطء. لا تقترب أو تتجاوز نقطة الوميض من الوتوين.
7. حمض رباعي الكلور، أوليلامين و Toluene حقن إعداد الحل
- ابدأ في إعداد محلول الحقن (150 ملغ حمض رباعي الكلور، 3.6 مل أوليلامين، 3.0 مل تولوين).
- تأكد من أن حمض رباعي الكلور يوريك طازج أو لم يتعرض للهواء أو الماء أو الرطوبة أو الرطوبة. إزالة الفيلم المختبري أو الختم الذي يحمي حمض رباعي الكلور من الهواء والرطوبة.
ملاحظة: حمض رباعي الكلور هو حساس جدا للمياه / الرطوبة / الرطوبة. وينبغي بذل كل جهد ممكن لمنع تعريض مسحوق حمض رباعي الكلور للجو/الماء. حمض رباعي الكلور يوريك يأتي في الحقيبة مختومة وأوعية الحاويات الجديدة مختومة بالشمع لمنع بخار الماء من الدخول في أوعية جديدة. دفعة جديدة من حمض رباعي الكلور يكلف ~ 100 دولار ، ولكن ينبغي أن تستمر لمدة عام إن لم يكن يتعرض لبخار الماء. تخزين دفعات جديدة غير مفتوحة من حمض رباعي الكلور في الثلاجة. نقل دفعة جديدة غير مفتوحة من حمض رباعي الكلور إلى صندوق قفازات النيتروجين قبل فتحه. فتح حاوية جديدة فقط من حمض رباعي الكلور في مربع قفازات النيتروجين، عندما وصلت الرطوبة إلى مستوى منخفض ومستقر بشكل مناسب (أقل من 0.8٪ رطوبة نسبية). تخزين حمض رباعي الكلور في مربع قفاز النيتروجين بعد فتحه. بعد فتح حمض رباعي الكلور، التفاف فيلم المختبر حول غطاء الحاوية للمساعدة في ختم الحاوية ومنع بخار الماء والملوثات من الدخول إلى الحاوية. - في صندوق قفازات النيتروجين، ضع واحدة من القارورتين الزجاجيتين غير المائيتين سعة كل منهما 20 مل مع القبعات المبطنة ب PTFE على الميزان/المقياس الصغير وأزل الغطاء المبطن ب PTFE.
- تأكد من "إعادة الصفر" أو "tare" التوازن الدقيق مع قارورة الزجاج 20 مل على مقياس قبل البدء في وزن مسحوق حمض رباعي الكلور.
- في صندوق قفازات النيتروجين، استخدم ملعقة معدنية صغيرة لإيداع مسحوق حمض رباعي الكلورواريك من الحاوية في قارورة زجاجية سعة 20 مل على الميكروبالانس، إلى وزن مدروس قدره 150 ملغ من مسحوق حمض رباعي الكلور.
- إزالة الغطاء PTFE مبطنة من قارورة زجاجية أخرى غير مائي 20 مل (فارغة واحدة ليست حاليا على microbalance).
تنبيه: أوليلامين سام وتآكل، لذلك التعامل معها بعناية. - استخدام 5 مل الزجاج الصغيرة تخرج اسطوانة لقياس 3.6 مل من أوليلامين. صب بعناية 3.6 مل من أوليلامين من الزجاج الصغيرة 5 مل تخرج اسطوانة في قارورة الزجاج 20 مل دون حمض رباعي الكلور.
- صب بعناية وقياس 3.0 مل من التولوين في 5 مل الزجاج الصغيرة تخرج اسطوانة. صب بعناية 3.0 مل من تولوين من الزجاج الصغيرة 5 مل تخرج اسطوانة في قارورة الزجاج 20 مل مع oleylamine.
ملاحظة: إذا تم سكب الكثير من الطوين في أسطوانة الزجاج المتخرجة ، يمكن صب المذيب الزائد في زجاجة النفايات القابلة للاشتعال. فمن الأفضل لاستخدام صغيرة 5 مل تخرج اسطوانة زجاجية لقياس أوليلامين والتولوين. كن حذرا لعدم تسرب الأوليلامين، كما هو تآكل وسامة. - المسمار الغطاء PTFE مبطنة مرة أخرى على قارورة الزجاج 20 مل مع oleylamine وتولوين داخل. يهز ودوامة قارورة الزجاج المغلق لخلط محلول الأوليلامين والتولوين معا.
- افتح قارورة زجاج حل 20 مل. صب بعناية ~ 150 ملغ من مسحوق حمض رباعي الكلور في قارورة الزجاج مع محلول أوليلامين والتولوين.
- المسمار قبعات PTFE مبطنة مرة أخرى على قوارير الزجاج. يهز ودوامة قارورة الزجاج المغلق مع حمض رباعي الكلور، والأوليلامين والتولوين لخلط الحل معا. استمر في هز الحل، وتأكد من خلطه جيدا.
ملاحظة: يجب أن يتحول محلول حقن رباعي الكلور والأوليوامين والتولوين إلى اللون الأحمر الداكن أو الأرجواني بعد اهتزازه وخلطه ، كما هو موضح في الشكل التكميلي 4.
8. حقن حمض رباعي الكلور، أوليلامين وحلول التولوين في السفينة
- تأكد من تدفق المياه ببطء إلى أسفل أنبوب المكثف، وأعلى الجزء العلوي من أنبوب المكثف. ضبط تدفق المياه حسب الضرورة عن طريق فتح بعناية / إغلاق صمام الماء.
- تأكد من أن محلول الأوليلامين والتولوين في وعاء التفاعل الزجاجي في حالة غليان لطيف ، مع تبخر بعض التولوين والأوليلامين في أنبوب المكثف. تأكد من تشغيل الستيرر المغناطيسي.
- رفع أنبوب المكثف فوق وعاء رد الفعل، وذلك باستخدام موقف مع المشابك لدعم الأواني الزجاجية. تأكد من وجود مساحة كافية وإزالة لحقن حمض رباعي الكلور، والأوليلامين، وحل التولوين في وعاء التفاعل.
- إزالة ماصة الزجاج تخرج منذ فترة طويلة من رقائق الألومنيوم (الذي كان يحمي ماصة للحفاظ على نظافتها) وإرفاق لمبة مطاطية مع صمامات إلى ماصة. ضمان الألفة مع تشغيل لمبة مطاطية مع صمامات لامتصاص وبخ من حل مع ماصة الزجاج تخرج منذ فترة طويلة قبل استخدامه.
- هز قارورة الزجاج غير المائية المغلقة سعة 20 مل مع الغطاء المبطن ب PTFE مع حمض رباعي الكلور والويلامين وحل حقن التولوين وضمان خلطه بشكل جيد. افتح القارورة الزجاجية التي سعة 20 مل باستخدام محلول الحقن عن طريق إزالة الغطاء.
- اضغط على الصمام العلوي أثناء الضغط على المصباح المطاطي لتفريغ المصباح المطاطي. ضع بعناية طرف ماصة الزجاج المتخرجة منذ فترة طويلة في قارورة زجاجية سعة 20 مل مع حمض رباعي الكلورواريك والأوليلامين وحل حقن التولوين.
- اضغط بلطف على الصمام السفلي على لمبة مطاطية متصلة ماصة الزجاج تخرج منذ فترة طويلة لوضع ببطء كل من حمض رباعي الكلور، والأوليلامين، وحل حقن التولوين في ماصة الزجاج.
ملاحظة: الشكل التكميلي 5 يظهر محلول الحقن التي يتم رسمها في ماصة الزجاج تخرج منذ فترة طويلة مع لمبة مطاطية مع الصمامات فقط قبل حقن الحل في وعاء رد الفعل. قد يكون من المفيد ممارسة تشغيل ماصة الزجاج تخرج منذ فترة طويلة مع لمبة مع الصمامات (على سبيل المثال، مع بعض التولوين) قبل رسم وحقن حمض رباعي الكلورواريك، والأوليلامين، وحل التولوين. - ضع بعناية طرف ماصة الزجاج في فتحة وعاء التفاعل ، وحقن حمض رباعي الكلورواريك ، والأوليلامين ، وحل حقن التولوين بسرعة في محلول غلي الأوليلامين والتولوين في وعاء التفاعل.
ملاحظة: يجب أن يتغير لون الحل في البداية من الأحمر إلى الأصفر إلى الأبيض في غضون دقيقة تقريبا ، حيث تبدأ الجسيمات النانوية الذهبية في النوى والنمو. - استخدم المشبك على الحامل لخفض أنبوب المكثف مرة أخرى إلى أسفل في وعاء التفاعل.
- سخني محلول التفاعل الكيميائي للجسيمات النانوية الذهبية في غليان لطيف لمدة ساعتين.
ملاحظة: يجب أن يتكثف بخار التولوين من محلول الغليان في الأنبوب ويقطر مرة أخرى إلى أسفل في وعاء التفاعل. على مدى عدة دقائق ، يجب أن يتغير لون خليط التفاعل من الأبيض إلى الأصفر إلى الوردي الفاتح ثم إلى الأحمر مع نمو الجسيمات النانوية الذهبية بشكل أكبر. على مدى 1-2 ساعة ، يجب أن يتغير لون خليط التفاعل تدريجيا من الأحمر الفاتح إلى الأحمر / الأرجواني العميق. - بعد ساعتين من تسخين محلول التفاعل، قم بإيقاف تشغيل المدفأة.
ملاحظة: عند هذه النقطة، يمكن إما أن يسمح للحل أن يبرد بشكل طبيعي لدرجة حرارة الغرفة، أو يمكن إخماد الحل على الفور عن طريق إضافة ~ 100 مل من الميثانول في الحل. الممارسة الأكثر شهرة حتى الآن هي السماح للحل بالتبريد بشكل طبيعي بدلا من إخماد الحل على الفور. - السماح للحل لتبرد بشكل طبيعي لدرجة حرارة الغرفة لمدة 1 ساعة (مستحسن)؛ أو إخماد محلول الجسيمات النانوية الذهبية على الفور مع 100 مل من الميثانول (غير مستحسن).
9. إخماد رد الفعل مع الميثانول بعد تبريد حل الجسيمات النانوية الذهبية
- تأكد من إيقاف تشغيل المدفأة، وتم تبريد الحل.
- توقف عن تدفق المياه عبر أنبوب المكثف. إزالة بعناية خرطوم تصريف المياه من بالوعة / استنزاف في غطاء الدخان المجاورة وربطه إلى منفذ فراغ في غطاء الدخان.
- سحب فراغ على خرطوم الصرف الصحي لامتصاص المياه في أنبوب المكثف وخرطوم الصرف الصحي. إزالة أنبوب المكثف بعناية من المنصة مع المشبك ووضعها أفقيا في مربع قفاز النيتروجين.
ملاحظة: الفراغ الذي يتم سحبه على أنبوب المكثف الزجاجي يجب أن يتبخر الماء داخل أنبوب المكثف. - في صندوق قفازات النيتروجين، صب ~ 35 مل من الميثانول في كل من أنابيب الطرد المركزي المخروطية 50 مل (كمية 12).
ملاحظة: سيتم استخدام الميثانول لإزالة الكواشف غير المتفاعلة ونواتج ثانوية من عملية التوليف، من أجل تنظيف وغسل الجسيمات النانوية الذهبية. يجب أن يتم الاحتفاظ أنابيب الطرد المركزي 50 مل تستقيم في رفوف أنبوب الاختبار. - صب محلول الجسيمات النانوية الذهبية بكميات متساوية (~12 مل) في كل من أنابيب الطرد المركزي سعة 50 مل (الكمية 12) مع الميثانول. كن حذرا من عدم صب بطريق الخطأ من شريط اثارة المغناطيسي في حين صب محلول الجسيمات النانوية الذهب في كل أنبوب الطرد المركزي.
ملاحظة: يظهر الشكل التكميلي 6 ~ 12 مل من محلول الجسيمات النانوية الذهبية التي يتم سكبها في كل من أنابيب الطرد المركزي المخروطية سعة 50 مل مع الميثانول. بعد صب ~ 12 مل من محلول الجسيمات النانوية الذهبية في كل من أنابيب الطرد المركزي المخروطية 50 مل مع ~ 35 مل من الميثانول ، يجب أن يكون لكل أنبوب طرد مركزي ~ 47 مل من الحل (أقل قليلا من علامة 50 مل). - توزيع أي حل الجسيمات النانوية الذهب المتبقية بالتساوي بين أنابيب الطرد المركزي.
- المسمار القبعات على أنابيب الطرد المركزي 50 مل لإغلاقها وتشديد القبعات.
- افصل خراطيم المدخل والمنفذ عن أنبوب المكثف الزجاجي، وربط المدخل وخراطيم المنافذ معا عن طريق تغذية أحدهما بالآخر، ثم لف توصيل الأنابيب بالأفلام المختبرية لإغلاق الاتصال. إيقاف الفراغ الذي يجري سحبها على خراطيم المياه.
ملاحظة: يتم توصيل الأنابيب وإغلاقها لمنع الماء أو بخار الماء من الدخول بطريق الخطأ إلى صندوق قفازات النيتروجين. - قم بإزالة أنابيب الطرد المركزي المخروطية سعة 50 مل باستخدام محلول الجسيمات النانوية الذهبي والميثانول من صندوق قفازات النيتروجين من خلال قفل الحمل. أيضا إزالة زجاجة الميثانول وزجاجة toluene من مربع قفاز النيتروجين. ضعهم في غطاء الدخان المجاور.
- أيضا إزالة وعاء رد فعل الزجاج، وشريط اثارة المغناطيسي، أنبوب مكثف الزجاج، والزجاج الطويل تخرج ماصة، ولمبة مطاطية مع صمامات من مربع قفاز النيتروجين من خلال قفل الحمل. ضعهم في غطاء الدخان المجاور.
- قم بتسمية الجزء العلوي من كل أنبوب طرد مركزي سعة 50 مل على القبعات برقم عينة (على سبيل المثال، 1، 2، 3، 4، ...) لتتبع العينات المختلفة.
ملاحظة: بعد إزالة محلول الجسيمات النانوية الذهبية والأواني الزجاجية / اللوازم ، يجب أن يستمر تهوية صندوق قفازات النيتروجين لعدة ساعات أو بين عشية وضحاها عن طريق تدفق النيتروجين الطازج إلى صندوق القفازات أثناء سحب فراغ طفيف لطرد وتهوية بخار التولوين / الأوليلامين. يجب تنفيس خط العادم فراغ في غطاء الدخان. وينبغي أيضا تجديد صندوق قفازات النيتروجين مع غاز التجديد لإزالة الرطوبة / المذيبات من نظام الترشيح. قد تأتي بعض صناديق قفازات النيتروجين أيضا مع فخ المذيبات ، مما يساعد على إزالة أبخرة المذيبات.
10. غسل وتنقية الجسيمات النانوية الذهبية مع تولوين والميثانول
ملاحظة: سيتم غسل وتنقية كل أنبوب طرد مركزي سعة 50 مل مع جسيمات نانوية ذهبية مع 10 مل من التولوين و40 مل من الميثانول 3 مرات، وتنظيف الجسيمات النانوية الذهبية على دفعات من 6 أنابيب طرد مركزي في كل مرة. يجب أن تحتوي أنابيب الطرد المركزي على كمية متساوية من محلول الجسيمات النانوية الذهبية ويجب أن تكون مرجحة ومتوازنة على قدم المساواة.
- ضع 6 من أنابيب الطرد المركزي سعة 50 مل مع محلول الجسيمات النانوية الذهبية في جهاز الطرد المركزي.
- أغلق غطاء جهاز الطرد المركزي وأدخل الإعدادات التالية لتدوير الجسيمات النانوية الذهبية:
دورة في الدقيقة: 2328
إطار التعاون الإقليمي: 1000
الوقت: 5 دقائق - ابدأ في تدوير 6 من أنابيب الطرد المركزي المخروطية ال 12 بمحلول الجسيمات النانوية الذهبي والميثانول في جهاز الطرد المركزي.
- بعد الانتهاء من أول 6 أنابيب الطرد المركزي مع الجسيمات النانوية الذهب الغزل، وإزالة بلطف أنابيب من الطرد المركزي. يجب الحرص على عدم تعكير صفو الكريات نانوجسيمات الذهب في حين وضع أنابيب الطرد المركزي في رفوف أنبوب.
ملاحظة: يوضح الشكل التكميلي 7 كيف يجب أن يظهر محلول الجسيمات النانوية الذهبي في أنابيب الطرد المركزي المخروطية سعة 50 مل بعد الطرد المركزي. قوة الطرد المركزي سوف تسحب الجسيمات النانوية الذهبية في المحلول وتفصلها عن الميثانول والتولوين. سوف تترسب الجسيمات النانوية الذهبية في الكريات في الجزء السفلي من كل أنبوب طرد مركزي. ويبدو أن محلول الميثانول/التولوين الفائق الطبيعة واضح/شفاف فوق الكريات النانوية الذهبية الداكنة، مما يشير إلى أن الطرد المركزي قد عجل بالجسيمات النانوية الذهبية من المحلول. - ضع آخر 6 من أنابيب الطرد المركزي المخروطية ال 12 مع محلول الجسيمات النانوية الذهبي والميثانول في جهاز الطرد المركزي. أغلق غطاء جهاز الطرد المركزي وأدخل نفس إعدادات الطرد المركزي كما كان من قبل. بدء تشغيل الأنابيب في جهاز الطرد المركزي.
- بعد الانتهاء من آخر 6 أنابيب الطرد المركزي الغزل، وإزالة بلطف أنابيب من الطرد المركزي. يجب الحرص على عدم تعكير صفو الكريات نانوجسيمات الذهب في حين وضع أنابيب الطرد المركزي في رفوف أنبوب.
- حمل بعناية جميع أنابيب الطرد المركزي مع الجسيمات النانوية الذهب إلى غطاء الدخان ومحاولة عدم إزعاج أو التحريض عليها أثناء النقل.
- صب ببطء وبلطف من الميثانول النفايات في وعاء النفايات القابلة للاشتعال / الكأس. يجب الحرص على عدم الإزعاج وعدم صب أو فقدان الكريات الجسيمات النانوية الذهب الأسود في الجزء السفلي من أنابيب الطرد المركزي.
ملاحظة: اكتملت الآن دورة شطف الميثانول الأولى. - تبدأ دورة شطف الميثانول الثانية عن طريق صب ~ 10 مل من التولوين الطازج في كل من أنابيب الطرد المركزي المخروطية مع الكريات النانوية السوداء في غطاء الدخان. المسمار قبعات مرة أخرى على لإغلاق أنابيب الطرد المركزي 50 مل.
- دوامة كل من أنابيب الطرد المركزي 50 مل حتى السائل الأسود / ترسب / الذهب الجسيمات النانوية يتم إعادة إنفاقها وتفريقها في محلول تولوين 10 مل، والحل يبدو غائما / الظلام. تحقق من الجزء السفلي من كل أنبوب الطرد المركزي لضمان أن معظم بقايا الأسود (الجسيمات النانوية الذهب) قد أعيد إنفاقها في الحل.
ملاحظة: الشكل التكميلي 8 يبين أنابيب الطرد المركزي مع محلول الجسيمات النانوية الذهب والتولوين يجري دوامة وإعادة الإنفاق. الدوامة أفضل بكثير وألطف على الجسيمات النانوية الذهبية من سونيكاتير الجسيمات النانوية الذهبية. لا sonicate الجسيمات النانوية الذهب كما سونيكيشن يمكن تجريد قبالة ليجندات أوليلامين من الجسيمات النانوية الذهب ويسبب تجميع والترسب من الجسيمات النانوية الذهب.
ملاحظة: يوضح الشكل التكميلي 9 كيف يجب أن يظهر محلول الجسيمات النانوية الذهبية عندما يتم إعادة إنفاق الجسيمات النانوية الذهبية في محلول عن طريق دوام كل بيليه جسيمات نانوية ذهبية مع ~ 10 مل من التولوين. - صب ~ 40 مل من الميثانول الطازج في كل من أنابيب الطرد المركزي المخروطية مع التولوين والجسيمات النانوية، بحيث مع 10 مل من التولوين الموجود بالفعل في كل أنبوب الطرد المركزي، وهناك ما مجموعه ~ 50 مل من الحل في كل أنبوب الطرد المركزي 50 مل. المسمار قبعات مرة أخرى على أنابيب الطرد المركزي 50 مل لإغلاق الأنابيب، وضمان أن القبعات هي على ضيق.
- ضع أنابيب الطرد المركزي في جهاز الطرد المركزي. تدور أنابيب الطرد المركزي في الطرد المركزي لجمع الجسيمات النانوية الذهب في بيليه في الجزء السفلي من كل أنبوب، 6 أنابيب الطرد المركزي في وقت واحد. استخدم إعدادات الطرد المركزي نفسها كما كانت من قبل (RCF 1000، 5 دقائق).
- بعد توقف الطرد المركزي، أخرج الأنابيب بلطف باستخدام الجسيمات النانوية، ثم خذها بعناية إلى غطاء الدخان (حاول عدم إزعاجها أو هياجها أثناء النقل). صب بعناية من النفايات toluene والميثانول في وعاء النفايات القابلة للاشتعال / الكأس.
ملاحظة: دورة شطف الميثانول الثانية كاملة الآن. - لدورة الشطف الثالثة والأخيرة، اتبع نفس العملية كما كانت من قبل للدوامة في 10 مل من التولوين، وتنظيف 40 مل من الميثانول، والطرد المركزي، وصب بعناية من المذيبات التولوين / الميثانول. تأكد من إعادة إنفاق الجسيمات النانوية الذهبية في كل من أنابيب الطرد المركزي التي تصل إلى 50 مل مع التولوين وغسلها بالميثانول 3 مرات.
11. تجفيف الجسيمات النانوية الذهبية
ملاحظة: بعد غسل الجسيمات النانوية الذهبية في أنابيب الطرد المركزي سعة 50 مل 3 مرات منفصلة، وصب التولوين والميثانول للمرة الأخيرة، يجب تجفيف الجسيمات النانوية الذهبية لتتبخر المذيبات المتبقية. هناك طريقتان لتجفيف الجسيمات النانوية الذهبية وتتبخر المذيبات:
- الخيار 1 - بندقية النيتروجين (غير مستحسن):
- استخدام بندقية النيتروجين أو صمام في غطاء الدخان لتفجير بلطف الجافة أنابيب الطرد المركزي التي تحتوي على الكريات السوداء من الجسيمات النانوية الذهب في الجزء السفلي من الأنابيب.
- الحرص على عدم استخدام الكثير من ضغط النيتروجين، أو الكريات النانوية الذهب الهشة قد تحصل على طرد.
ملاحظة: تجفيف الجسيمات النانوية الذهب مع بندقية النيتروجين ليست مثالية لأنها يمكن أن تسبب الكريات نانوجسيمات الذهب للحصول على التالفة / المفقودة.
- الخيار 2 - تجفيف الفراغ (مستحسن):
- تخفيف القبعات على أنابيب الطرد المركزي 50 مل مع الكريات نانوجسيمات الذهب بحيث لا تزال مغطاة الأنابيب، ولكن المذيبات يمكن أن تتبخر والهروب من داخل الأنابيب.
- ضع رف الأنابيب مع الجسيمات النانوية الذهبية داخل قفل تحميل فراغ صندوق قفازات النيتروجين. إغلاق وختم الباب قفل الحمل الخارجي وفتح صمام لمضخة فراغ لبدء سحب فراغ على قفل الحمل.
- ضخ وصولا الى حوالي نصف ضغط قياس (~ -15 inHg) لتتبخر المذيبات وتجفيف الجسيمات النانوية.
- اترك الجسيمات النانوية الذهبية في قفل التحميل بضغط فراغ معتدل (نصف قياس ، ~ -15 inHg) لمدة ~ 5 دقائق. لا تضخ وصولا الى انخفاض الضغط وعدم ترك في فراغ لفترة طويلة جدا، أو قد تحصل على فصل ليغاندس أوليلامين.
- بعد أن تكون الجسيمات النانوية الذهبية تحت الفراغ لبضع دقائق لتجفيف الجسيمات النانوية الذهبية وتبخر المذيبات المتبقية ، قم بتطهير قفل الحمل بالنيتروجين حتى يصل قفل الحمل إلى الضغط الجوي.
- إزالة أنابيب الطرد المركزي 50 مل مع الجسيمات النانوية الذهب من قفل الحمل وفحص جفاف الكريات الجسيمات النانوية الذهب في غطاء محرك السيارة الدخان.
ملاحظة: الشكل التكميلي 10 يبين كيف أن بيليه الجسيمات النانوية الذهبية المجففة في الجزء السفلي من أنبوب الطرد المركزي المخروطي سعة 50 مل يجب أن تعتني بتجفيفه من فراغ. إذا كان لا يزال هناك بعض المذيبات داخل أنبوب الطرد المركزي المخروطي 50 مل، والجسيمات النانوية الذهب تحتاج إلى مزيد من المجففة لتتبخر المذيبات المتبقية. تجفيف الفراغ هو الطريقة المفضلة للتجفيف لأنه أقل عرضة للتلف أو فقدان بيليه الجسيمات النانوية الذهبية ، مقارنة بالطرق الأكثر عدوانية مثل تجفيف بندقية النيتروجين. إذا لم يتوفر قفل تحميل فراغ، أو إذا كان مفضلا، فقد يتم أيضا تجفيف الجسيمات النانوية الذهبية في مجفف فراغ.
- بعد أن تجف الكريات النانوية الذهبية ، قم بشد القبعات بإحكام مرة أخرى على أنابيب الطرد المركزي.
- التفاف فيلم المختبر حول قبعات مغلقة بإحكام لختم أنابيب الطرد المركزي مع الكريات الجسيمات النانوية الذهب في الداخل.
- تسمية أنابيب الطرد المركزي 50 مل مع الكريات نانوجسيمات الذهب عجل مع تسمية وصفية بشكل مناسب، مثل "المجففة الاتحاد الافريقي NP" والتاريخ (على سبيل المثال، 9-28-2020).
- ضع أنابيب الطرد المركزي المغلقة مع حبيبات الجسيمات النانوية الذهبية المجففة داخل ثلاجة 2 درجة مئوية - 8 درجات مئوية. استخدم درجا أو 50 مل من رفوف أنبوب الطرد المركزي المخروطية للحفاظ على الأنابيب منتصبة.
ملاحظة: يظهر الشكل التكميلي 11 أنابيب الطرد المركزي المتوجة، والمغلفة بالأفلام المختبرية، والملصقة، والمخزنة في ثلاجة من درجتين مئويتين إلى 8 درجات مئوية. يمكن تخزين كل أنبوب طرد مركزي في الثلاجة حتى يتم استخدامه لصنع حل للجسيمات النانوية الذهبية التي أعيد إنفاقها.
12. تنظيف الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي (بعد الذهب تخليق الجسيمات النانوية)
تحذير: الذهب etchant TFA وأكوا ريجيا هي تآكل. ارتداء معدات الحماية الشخصية اللازمة (PPE) مثل القفازات الكيميائية، والثوب الكيميائي، والنظارات الواقية، ودرع الوجه. التعامل مع الحل التآكل فقط في مقاعد البدلاء حمض الرطب في حين يرتدي معدات الوقاية الشخصية اللازمة.
- في غطاء الدخان، وتنظيف وعاء رد فعل الزجاج مع الأسيتون ودوامة الأسيتون حولها في وعاء رد فعل الزجاج لغسل محلول الجسيمات النانوية الذهب المتبقية، ثم تفريغ الأسيتون القذرة في كوب جمع المذيبات القذرة والتخلص من المذيبات القذرة في زجاجة نفايات قابلة للاشتعال.
- في مقاعد البدلاء الحمضية الرطبة ، ضع وعاء التفاعل الزجاجي مع أنبوب المكثف المرفق به في كوب 600 مل للحصول على الدعم ، وابق جانب أنبوب المكثف ضد الجدار الجانبي للمقاعد البدلاء الرطبة الحمضية لمزيد من الدعم.
- تنظيف الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي (أنبوب مكثف، وعاء رد فعل، ماصة الزجاج) وشريط اثارة المغناطيسي عن طريق صب المستخدمة ~ 300 مل الذهب etchant TFA الحل (الذي تم حفظه في وقت سابق وخصصت لإعادة استخدامها) التي كانت مختلطة 1:1 مع المياه DI في أنبوب المكثف والأواني الزجاجية وعاء رد الفعل. ضع شريط تحريك المغناطيسي والزجاج الطويل تخرج ماصة في أنبوب المكثف. ملء أنبوب المكثف مع المياه DI حسب الضرورة إلى أعلى تشغيله والسماح للحمام TFA النقوش الذهب للجلوس وتنظيف الأواني الزجاجية لمدة 30 دقيقة.
- بعد 30 دقيقة، كسر الختم بين أنبوب المكثف ووعاء رد الفعل لجمع كل محلول النقوش الذهب في وعاء رد الفعل، وصب محلول النقوش الذهب المستخدمة في كوب 400 مل. صب الذهب النقوش الحل في زجاجة النفايات الكيميائية لمحلول الذهب المستعملة النقوش.
- لا يزال في مقاعد البدلاء حمض الرطب، وغسل الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي وشريط اثارة المغناطيسي 3-4 مرات مع المياه DI لطرد محلول النقوش الذهب المتبقية، ومن ثم السماح للأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي وشريط اثارة المغناطيسي للجلوس في حمام المياه DI لمدة 30 دقيقة إضافية.
- بعد 30 دقيقة من الجلوس في حمام مياه DI، إفراغ المياه واستخدام بندقية المياه DI لغسل المياه أسفل استنزاف مقاعد البدلاء الرطب حمض. شطف مع الأسيتون ومن ثم ضربة الأواني الزجاجية الجافة مع بندقية النيتروجين.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ويبين الشكل 1 كيف ينبغي أن يتغير لون خليط التفاعل الكيميائي التوليفي للجسيمات النانوية الذهبية (حمض رباعي الكلورواريك والأوليلامين والتولوين) تدريجيا على مدى عدة دقائق لأنه يغلي في البداية في وعاء التفاعل؛ من واضح، إلى أصفر فاتح (صورة يسرى)، إلى وردي فاتح (صورة مركزية)، إلى أحمر فاتح (صورة إلى اليمين). اللون المتغير للمحلول هو مؤشر على تغيير حجم الجسيمات النانوية الذهبية لأنها تبدأ في النوى وتنمو أكبر مع مرور الوقت. بشكل عام ، يجب أن يصبح محلول الجسيمات النانوية الذهبية أكثر قتامة وأكثر أحمر / أرجواني بمرور الوقت مع نوى الجسيمات النانوية الذهبية ونموها. الشكل 2 يظهر اللون النهائي الأحمر الداكن / الأرجواني من الذهب نانوجسيمات تركيب خليط التفاعل الكيميائي حل بعد 2 ساعة من الغليان. اللون الأحمر الداكن / الأرجواني من محلول الجسيمات النانوية الذهبية هو سمة من سمات محلول مركز من الجسيمات النانوية الذهبية التي يبلغ قطرها ~ 12 نانومتر. يظهر الشكل 3 صورة المجهر الإلكتروني المسح الضوئي (SEM) من أحادي الجسيمات النانوية الذهب (بعد إيداعها على ركيزة السيليكون) الذي يستخدم لتوصيف حجم وكثرة الجسيمات النانوية الذهب. وينبغي أن يبدو أن جميع الجسيمات النانوية الذهبية لها نفس الحجم/القطر تقريبا إذا كانت أحادية الأقسام للغاية. إذا كانت الجسيمات النانوية الذهبية متعددة الأضلاع ، سيكون لها اختلافات كبيرة في حجمها / قطرها. بالنسبة لمعظم التطبيقات، يفضل عادة التشتت الأحادي بدلا من تعدد الأضلاع. يظهر الشكل 4 صورة المجهر الإلكتروني المسح الضوئي (SEM) من الجسيمات النانوية الذهب وقياسات قطرها، مما يدل على قطر ~ 12 نانومتر ± 2 نانومتر للجسيمات النانوية الذهب. هذه الجسيمات النانوية الذهبية يبدو أن monodisperse إلى حد ما.
| نوع الحل | رقم الصنف | كمية ونوع المادة الكيميائية | تعليقات / وصف |
| حقن | 1 | 150 ملغ من حمض رباعي كلوروريك (HAuCl4) (0.15 ملليمول) | لحقن في وعاء رد الفعل |
| 2 | 3.0 غرام (3.7 ملليمول، 3.6 مل) من الأوليلامين | ||
| 3 | 3.0 مل من التولوين | ||
| سلق | 1 | 5.1 غرام (6.4 ملليمول، 8.7 مل) من الأوليلامين | للغليان في وعاء رد الفعل |
| 2 | 147 مل من التولوين | ||
| غسل / تنقية | 1 | 10 مل من التولوين (x3 يغسل) (x12 أنابيب) = 360 مل من التولوين | لغسل / تنقية الجسيمات النانوية الذهب |
| 2 | 40 مل من الميثانول (x3 يغسل) (x12 أنابيب) = 1.44 لتر من الميثانول | ||
| الذهب إيشانت | 1 | 150 مل من الذهب النقوش TFA [أو إعادة جيا أكوا] | لتنظيف الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي / اللوازم |
| 2 | 150 مل من المياه الديوينية (DI) |
الجدول 1: الكميات الكيميائية يوضح هذا الجدول كمية ونوع المواد الكيميائية اللازمة لإعداد محلول الحقن، محلول الغليان، محلول الغسيل/التنقية، ومحلول النقوش الذهبية.
الشكل التكميلي 1: تنظيف الأواني الزجاجية التفاعل الكيميائي مع الذهب Etchant TFA الحل. يظهر هذا الشكل الأواني الزجاجية للتفاعل الكيميائي (أنبوب المكثف ، وعاء التفاعل ، ماصة الزجاج) وشريط الإثارة المغناطيسي الذي يتم تنظيفه بمزيج ~300 مل من ~ 150 مل من محلول TFA الذهبي و ~ 150 مل من ماء DI (1:1 خليط) في أنبوب المكثف والأواني الزجاجية لوعاء التفاعل. يتم وضع شريط اثارة المغناطيسي والزجاج الطويل تخرج ماصة في أنبوب المكثف، ويترك حمام TFA النقوش الذهب للجلوس وتنظيف الأواني الزجاجية لمدة 30 دقيقة في مقاعد البدلاء حمض الرطب. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل التكميلي 2: الأواني الزجاجية النظيفة واللوازم قبل نقلها إلى صندوق قفازات النيتروجين. يظهر هذا الشكل الأواني الزجاجية واللوازم بعد تنظيفها وتجفيفها. يتم لف الأواني الزجاجية واللوازم / مغطاة بورق الألومنيوم لحمايتها من الأوساخ / الحطام قبل نقلها إلى صندوق قفازات النيتروجين. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل التكميلي 3: الذهب الجسيمات النانوية تركيب الإعداد التجريبي في صندوق قفاز النيتروجين. يظهر هذا الشكل الإعداد التجريبي لتركيب الجسيمات النانوية الذهبية في صندوق قفازات النيتروجين. يستريح وعاء التفاعل الزجاجي فوق وعاء شبكة الألياف الزجاجية فوق المدفأة / الستيرر ، ويتم توصيل أنبوب المكثف فوق وعاء التفاعل الزجاجي. يتم دعم أنبوب المكثف ميكانيكيا من قبل موقف مع المشبك. هناك خرطومان متصلان بمدخل الماء ومنافذ منفذ أنبوب المكثف (مع منفذ المدخل في الجزء السفلي من الأنبوب ، وميناء المنفذ في الجزء العلوي من الأنبوب) بحيث تتدفق المياه من أسفل أنبوب المكثف إلى أعلى أنبوب المكثف ، وتبريد الأنبوب وتكثيف البخار في الداخل. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل التكميلي 4: خلط حمض رباعي الكلور، أوليلامين، وحل التولوين قبل الحقن. يظهر هذا الشكل حمض رباعي كلوروريك، والأوليلامين، وحل حقن التولوين بعد خلطه في محلول زجاجي غير مائي 20 مل مع غطاء مبطن ب PTFE. يجب أن يبدو محلول الحقن أحمر داكن أو أرجواني بعد هزه وخلطه. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل التكميلي 5: تستعد لحقن الحل في سفينة رد الفعل باستخدام زجاج ماصة. يظهر هذا الشكل حمض رباعي الكلورواريك والأوليلامين وحل حقن التولوين الذي يتم سحبه إلى ماصة الزجاج المتخرجة منذ فترة طويلة مع المصباح المطاطي مع الصمامات ، قبل حقن المحلول بسرعة بخ سريع واحد في محلول الغليان من الأوليلامين والتولوين في وعاء التفاعل الزجاجي. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل التكميلي 6: صب ~ 12 مل من الذهب محلول الجسيمات النانوية في كل 50 مل أنبوب الطرد المركزي المخروطي. يظهر هذا الرقم ~ 12 مل من محلول الجسيمات النانوية الذهبية التي يتم سكبها بالتساوي في كل من أنابيب الطرد المركزي المخروطية سعة 50 مل مع ~ 35 مل من الميثانول في كل أنبوب. يستخدم الميثانول لإزالة مواد البدء غير المتفاعلة والمواد الثانوية، من أجل تنظيف وغسل الجسيمات النانوية الذهبية. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل التكميلي 7: أنابيب الطرد المركزي سعة 50 مل بعد الطرد المركزي، مع جسيمات نانوية ذهبية في القاع. يوضح هذا الشكل كيف يجب أن يظهر محلول الجسيمات النانوية الذهبي في أنابيب الطرد المركزي المخروطية سعة 50 مل بعد الطرد المركزي ، مع تجميع الجسيمات النانوية الذهبية في حبيبات الجسيمات النانوية الذهبية الداكنة في الجزء السفلي من كل أنبوب طرد مركزي. فوق الكريات النانوية الذهبية الداكنة ، يبدو أن محلول الميثانول / التولوين الفائق واضح / شفاف ، مما يشير إلى أن الطرد المركزي قد عجل بالجسيمات النانوية الذهبية من المحلول. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل التكميلي 8: دوامة 50 مل أنابيب الطرد المركزي مع NPs الاتحاد الافريقي بعد ملء مع ~ 10 مل من تولوين. ويبين هذا الشكل أن أنابيب الطرد المركزي ذات محلول الجسيمات النانوية الذهبية والتولوين يجري دوامها وإعادة إنفاقها. الدوامة أفضل بكثير وألطف على الجسيمات النانوية الذهبية من سونيكاتير الجسيمات النانوية الذهبية. لا ينبغي sonicated الجسيمات النانوية الذهب، كما سونيكيشن يمكن تجريد قبالة ليغنادس أوليلامين من الجسيمات النانوية الذهب ويسبب تجميع والترسب من الجسيمات النانوية الذهب. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل التكميلي 9: دوامة حتى الذهب الجسيمات النانوية بيليه / بقايا هو تقريبا تماما إعادة الإنفاق. يوضح هذا الشكل كيف يجب أن يظهر محلول الجسيمات النانوية الذهبية عندما يتم إعادة إنفاق الجسيمات النانوية الذهبية في محلول عن طريق دوام كل بيليه جسيمات نانوية ذهبية مع ~ 10 مل من التولوين. يجب أن تكون أنابيب الطرد المركزي 50 مل دوامة حتى السائل الأسود / ترسب / الذهب نانوية يتم إعادة إنفاقها وتفريقها في التولوين، والحل يبدو غائما / الظلام. وينبغي فحص الجزء السفلي من أنبوب الطرد المركزي لضمان إعادة إنفاق جميع أو معظم بقايا الجسيمات النانوية السوداء تقريبا في محلول. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل التكميلي 10: الذهب المجفف بيليه الجسيمات النانوية في 50 مل أنبوب الطرد المركزي المخروطي. يوضح هذا الشكل كيف يجب أن تبدو بيليه الجسيمات النانوية الذهبية المجففة في الجزء السفلي من أنبوب الطرد المركزي المخروطي سعة 50 مل ، بعد تجفيفه من فراغ. بعد أن تم غسل الجسيمات النانوية الذهبية في أنبوب الطرد المركزي سعة 50 مل 3 مرات منفصلة ، وتم صب التولوين والميثانول للمرة الأخيرة ، تحتاج الجسيمات النانوية الذهبية إلى تجفيفها لتتبخر المذيبات المتبقية. تجفيف الفراغ هو الطريقة المفضلة للتجفيف لأنه أقل عرضة للتلف أو فقدان بيليه الجسيمات النانوية الذهبية ، مقارنة بالطرق الأكثر عدوانية مثل تجفيف بندقية النيتروجين. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل التكميلي 11: أنابيب كاب، التفاف مع فيلم المختبر، أنابيب التسمية، وتخزينها في 2 درجة مئوية - 8 درجة مئوية الثلاجة. يظهر هذا الشكل أنابيب الطرد المركزي المغطاة، والمغلفة بالأفلام المختبرية، والملصقة، والمخزنة في ثلاجة من درجتين مئويتين إلى 8 درجات مئوية. وينبغي تسمية أنابيب الطرد المركزي التي تبلغ سعة 50 مل مع الكريات الراسبة بالجسيمات النانوية الذهبية بتسمية وصفية مناسبة، مثل الاسم ورقم العينة والتاريخ. يمكن استخدام درج أو 50 مل من رفوف أنبوب الطرد المركزي المخروطية لعقد الأنابيب منتصبة في الثلاجة. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل 1: الذهب نانوجسيمات حل تغيير الألوان على مدى عدة دقائق بعد الحقن. يوضح هذا الشكل كيف أن محلول خليط التفاعل الكيميائي تخليق الجسيمات النانوية الذهبي (حمض رباعي الكلور يوريك والأوليلامين والتولوين) يجب أن يتغير لونه تدريجيا على مدار عدة دقائق لأنه يغلي في البداية في وعاء التفاعل؛ من واضح، إلى أصفر فاتح (صورة يسرى)، إلى وردي فاتح (صورة مركزية)، إلى أحمر فاتح (صورة إلى اليمين). اللون المتغير للمحلول هو مؤشر على تغيير حجم الجسيمات النانوية الذهبية لأنها تبدأ في النوى وتنمو أكبر مع مرور الوقت. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: الذهب حل الجسيمات النانوية هو الأحمر الداكن / الأرجواني بعد 2 ساعات من الغليان. يظهر هذا الشكل اللون الأحمر/الأرجواني الداكن النهائي لمحلول خليط التفاعل الكيميائي التوليفي للجسيمات النانوية الذهبية بعد ساعتين من الغليان في وعاء التفاعل. اللون الأحمر الداكن / الأرجواني من محلول الجسيمات النانوية الذهبية هو سمة من سمات محلول مركز من الجسيمات النانوية الذهبية التي يبلغ قطرها ~ 12 نانومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3:المسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM) صورة من الذهب نانوجسيمات أحادية الطبقة. يظهر هذا الشكل صورة المجهر الإلكتروني المسح الضوئي (SEM) من أحادية الجسيمات النانوية الذهبية (بعد إيداعها على ركيزة السيليكون) والتي تستخدم لتوصيف حجم وتوحيد الجسيمات النانوية الذهبية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4:المسح المجهري الإلكتروني (SEM) صورة مع الذهب قياسات قطر الجسيمات النانوية. يظهر هذا الشكل صورة المجهر الإلكتروني المسح الضوئي (SEM) من الجسيمات النانوية الذهبية وقياسات قطرها، مما يشير إلى قطر ~ 12 نانومتر +/- 2 نانومتر للجسيمات النانوية الذهبية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
أداء بروتوكول تخليق الجسيمات النانوية الذهب كما هو معروض أعلاه ينبغي أن تنتج الجسيمات النانوية الذهب مع ~ 12 نانومتر قطرها وتوحيد عالية إلى حد ما (± 2 نانومتر). ومع ذلك، هناك بعض الخطوات الحاسمة والمعلمات العملية التي يمكن تعديلها لتغيير حجم / قطر وحادة / تعدد الأضلاع من الجسيمات النانوية الذهب. على سبيل المثال ، بعد حقن محلول السلائف في وعاء التفاعل والسماح لمحلول حمض رباعي الكلور يوريك والأوليلامين والتولوين بالغليان لمدة ساعتين ، هناك خيار إما القيام بإرواء فوري لمحلول التفاعل أو القيام بالتبريد المتأخر والتبريد الطبيعي. إذا كان الإرواء الفوري مرغوبا ، بعد اكتمال خطوة التفاعل الساخن لمدة ساعتين ، يتم إضافة 100 مل من الميثانول إلى وعاء التفاعل لتسريع منتج الجسيمات النانوية الذهبية. قد يوفر الإرواء الفوري علاقات تشتت أفضل لأن النواة تحدث في نفس الوقت تقريبا لجميع الجسيمات النانوية في المحلول المشبع؛ في حين أنه كلما طال أمد الحل لا يزال غير مروي ، كلما أصبح حجم الجسيمات النانوية أكبر ولكن أكثر عشوائية. إذا تأخر التبريد والتبريد الطبيعي هو المطلوب بدلا من ذلك، ثم بعد 2 ساعة خطوة رد فعل ساخنة كاملة، ويسمح للحل لتهدئة بشكل طبيعي لدرجة حرارة الغرفة لمدة 1 ساعة. بدلا من ذلك ، يمكن ترك الحل ليبرد لفترة أطول ، حتى اليوم التالي (على سبيل المثال ، انتظر بين عشية وضحاها) قبل إضافة 100 مل من الميثانول لتسريع منتج الجسيمات النانوية الذهبية. قد يرغب الباحثون في تجربة كل من الإرواء الفوري والإرواء المتأخر ، وتأخر 1 ساعة في الإرواء مقابل الإرواء المتأخر بين عشية وضحاها لتحديد الطريقة التي تنتج أفضل النتائج لصنع جسيمات نانوية ذهبية كبيرة ومحادة للغاية. تأخر ساعة واحدة هو الإرواء هو الإجراء الموصى به حاليا لإنتاج جسيمات نانوية ذهبية أحادية التشتت للغاية ، ولكن لم يتم تحديد الإجراء الذي ينتج نتائج متفوقة ، لذلك قد تكون بعض التحقيقات التجريبية الأخرى مفيدة.
خطوة حاسمة أخرى في البروتوكول الذي يؤثر على كثرة الجسيمات النانوية الذهبية هي الحقن السريع للسلائف ، للسماح للمحلول المشبع بتشكيل أكبر عدد ممكن من النوى على مدى فترة زمنية قصيرة جدا. بعد وقت قصير من حقن السلائف ، يجب أن ينضم عدد قليل من النوى الجديدة ، وذرات الذهب فقط إلى النوى الموجودة. ما هو ضروري لارتفاع monodispersity هو فترة نمو طويلة ومتسقة بالنسبة لفترة النوى. وينبغي أن نسبة عالية من النمو: الوقت النوى تستفيد monodispersity. على هذا الحساب، حقن محلول السلائف بسرعة كبيرة مهم ل مونوديسبيرزيتي عالية، وانتظار لإرواء رد الفعل (إخماد تأخر) قد يكون مفيدا أيضا لزيادة monodispersity. ومع ذلك ، فإن الآلية المتنافسة من أوستوالد النضج13 هو عامل دافع للتعدد. الطاقة السطحية لذرات الذهب على سطح الجسيمات النانوية الصغيرة أعلى من الطاقة السطحية لذرات الذهب على سطح الجسيمات النانوية الكبيرة. أوستوالد النضج هو قوة دافعة الحرارية لتقليص الجسيمات النانوية الصغيرة وتزايد الكبيرة منها14. وهذه ظاهرة يمكن أن تحدث مع مرور الوقت في الحل.
متغير آخر للنظر هو استقرار طبقة ليجند أوليلامين على الجسيمات النانوية الذهب، وكيف جيدا تمرير أسطح الجسيمات النانوية الذهب هي من قبل ليغاندس أوليلامين. على الرغم من عدم وجود مؤشر لتطور التخميل السطحي في نقاط مختلفة في تفاعل تخليق الجسيمات النانوية الذهبية ، يمكن للمرء أن يتخيل كيف يجب أن يتطور التخميل السطحي بمرور الوقت. في بداية التفاعل ، لا توجد جسيمات نانوية ذهبية ، ويعمل الأوليلامين في الواقع كعامل تقليل ، لتحرير الذهب من روابط الكلور الخاصة به. في نهاية التفاعل ، يجب أن تكون أسطح الجسيمات النانوية الذهبية مهزوزة تماما. من الناحية المثالية ، ينبغي السماح لرد الفعل بالاستمرار لفترة كافية للسماح لأسطح الجسيمات النانوية الذهبية بأن تصبح مهزوزة تماما ، ولكن ليس طويلا لدرجة أن نضوج أوستوالد يبدأ في جعل الجسيمات النانوية الذهبية متعددة الأضلاع بدلا من التشتت الأحادي.
عموما، فإن الأمور التي يجب أخذها في الاعتبار عند تنفيذ إخماد رد الفعل هي نسبة وقت النمو: النوى، وتقليل وقت نضج أوستوالد، والسماح بوقت كاف لتخميل السطح. ولم يثبت بعد ما إذا كان التأخر في إخماد التبريد أو الإرواء الفوري يؤدي إلى نتائج متفوقة (أي جسيمات نانوية ذهبية كبيرة وممرة للغاية ومحادة الأقسام للغاية). ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي التبريد المتأخر قليلا (على سبيل المثال ، السماح للمحلول بالتبريد إلى درجة حرارة الغرفة لمدة ساعة واحدة بعد الغليان) إلى إنتاج جسيمات نانوية ذهبية أحادية التشتت للغاية ، لذلك بعض التأخير المحدود قبل إخماد التفاعل مقبول. لتوفير المزيد من الوضوح حول ما إذا كان الإرواء الفوري أو التبريد المتأخر أفضل لإنتاج جسيمات نانوية ذهبية كبيرة ومونة للغاية ، فإن تجربة مفيدة أو تعديل لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها في هذه التقنية سيكون فصل محلول تخليق الجسيمات النانوية الذهبية إلى دفعتين مختلفتين بعد الغليان وتنفيذ إخماد ما بعد التفاعل الفوري بالتوازي مع الإرواء المتأخر. قد تحدد نتيجة هذه التجربة / التعديل ما إذا كانت نافذة وقت النوى قصيرة جدا لدرجة أن الوقت الإضافي (إما ساعة واحدة أو ليلة واحدة / يوم لاحق) للتبريد غير ضروري للنمو ، وبعض مزيج من نضوج أوستوالد والمرور السطحي يقلل في الواقع من التشتت الأحادي (أو زيادة تعدد الأضلاع) للجسيمات النانوية الذهبية أثناء التبريد / التأخير قبل الإرواء.
الاعتبار النهائي لهذه الطريقة توليف الجسيمات النانوية الذهب هو كيف يتم تخزين الجسيمات النانوية الذهب واستخدامها. بعد عملية التوليف وعملية التنظيف ، يتم تجفيف الجسيمات النانوية الذهبية بلطف ، إما باستخدام بندقية النيتروجين أو تحت الفراغ. من المستحسن جدا أن يتم تجفيف الجسيمات النانوية الذهبية في بيئة فراغ بدلا من استخدام بندقية النيتروجين ، حيث يمكن لبندقية النيتروجين إزاحة الكريات السوداء من الجسيمات النانوية الذهبية وتسبب فقدانها / تلوثها / تلفها. تجفيف الجسيمات النانوية الذهب في بيئة فراغ هو ألطف بكثير ويمنع بيليه الجسيمات النانوية الذهب من الحصول على طرد أو فقدت. بعد التجفيف، يتم تخزين الجسيمات النانوية الذهبية في بيئة نظيفة وجافة (على سبيل المثال، في أنابيب الطرد المركزي المخروطية المغلقة بالأفلام المختبرية) في ثلاجة 2 درجة مئوية - 8 درجات مئوية حتى تصبح جاهزة لاستخدامها. هذه البيئة النظيفة والجافة والباردة يجب أن تعطي الجسيمات النانوية الذهبية عمرا أطول لمدة عام تقريبا مع الحد الأدنى من التدهور. من أجل استخدام الجسيمات النانوية الذهبية ، يمكن إعادة إنفاقها في حلول للمذيبات العضوية مثل التولوين عن طريق دوام الجسيمات النانوية الذهبية في وجود المذيبات العضوية. ويمكن بعد ذلك التحقق من حجم وتركيز الجسيمات النانوية الذهبية في محلول التولوين باستخدام توصيف الأطياف UV-vis15 وتمييعها أكثر مع التولوين إذا لزم الأمر حتى يتم تحقيق التركيز المطلوب من الجسيمات النانوية الذهبية. أحد القيود هو أن التركيز سوف تحتاج إلى تحليل لكل حل.
يهدف بروتوكول تخليق الجسيمات النانوية الذهبية الذي يتم تقديمه هنا إلى تمكين تخليق الجسيمات النانوية الذهبية من قبل خبراء غير كيميائيين. أهمية هذا البروتوكول فيما يتعلق بالأساليب القائمة هو أنه يوفر الفرصة للسيطرة على كمية الجسيمات النانوية التي يتم إنتاجها، وحجم الجسيمات النانوية، ونوافر الجسيمات النانوية، واللوجارات التي تغلف الجسيمات النانوية الذهبية. وقد استخدمت الجسيمات النانوية الذهبية التي يتم تصنيعها باستخدام هذه العملية لإنشاء أجهزة نانوية إلكترونية لتجارب الإلكترونيات الجزيئية، مثل صفائف الجسيمات النانوية 2D16. في هذا المثال، تتشكل صفائف جسيمات نانوية جزئية ثلاثية الأبعاد عن طريق إيداع 200 ميكرولتر من الجسيمات النانوية الذهبية المخففة في محلول التولوين في أنابيب طرد مركزي مخروطية سعة 15 مل كانت مملوءة جزئيا بالماء المتأين. تركت الأنابيب دون عائق لمدة 1-3 ساعات للسماح للتللوين بالتبخر والجسيمات النانوية الذهبية لتشكيل طبقات أحادية على سطح الماء. ثم تم نقل هذه الطبقات الأحادية الجسيمات النانوية الذهبية إلى ركائز مثل رقائق السيليكون باستخدام طوابع PDMS ، من أجل تشكيل أجهزة نانوية إلكترونية. ثم تم تبادل الليغندات الأوليلامين على الجسيمات النانوية الذهب مع جزيئات أخرى من أجل تغيير الخصائص الإلكترونية والحرارية من الذهب نانوجسيمات جزيء monolayers17،18. ينتج بروتوكول تخليق الجسيمات النانوية الذهبية المعروض هنا جسيمات نانوية ذهبية عالية الجودة قد تكون مفيدة للعديد من تطبيقات الجسيمات النانوية الذهبية الأخرى في العلوم والصناعة والطب.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.
Acknowledgments
ويود المؤلفون أن يشكروا فرانك أوسترلوه على المساعدة في أساليب تخليق الجسيمات النانوية. ويود المؤلفون أن يعترفوا بالدعم المالي المقدم من المؤسسة الوطنية للعلوم (1807555 203665) ومؤسسة أبحاث أشباه الموصلات (2836).
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).
