JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يوصف بروتوكول بسيط لإعداد خفض أكسيد الجرافين باستخدام الضوء المرئي وجسيمات متناهية الصغر plasmonic.

Abstract

يوضح العمل الحالي، الملاحة، وسرعة، وطريقة للطاقة كيميائية بسيطة كفاءة لإنتاج أكسيد الجرافين خفض (ص-GO) حل في RT باستخدام أشعة الضوء المرئي مع النانوية plasmonic. يتم استخدام جسيمات متناهية الصغر plasmonic لتحسين كفاءة خفض GO. يستغرق سوى 30 دقيقة في RT خلال إلقاء الضوء على الحلول مع اكس-مصباح، وحلول R-GO يمكن الحصول عليها عن طريق إزالة تماما جزيئات الذهب من خلال خطوة الطرد المركزي بسيطة. جزيئات الذهب كروية (AuNPs) بالمقارنة مع النانو الأخرى هي البنية النانوية plasmonic الأكثر ملائمة لإعداد ص-GO. أعد أكسيد الجرافين انخفاض استخدام الضوء المرئي وكان AuNPs النوعي على قدم المساواة كما خفضت كيميائيا أكسيد الجرافين، الذي كان مدعوما من قبل مختلف التقنيات التحليلية مثل الأشعة فوق البنفسجية فيس التحليل الطيفي، رامان الطيفي، ومسحوق XRD وXPS. أكسيد الجرافين خفض أعدت مع الضوء المرئي ويبين خصائص تبريد ممتازة على فلورجزيئات escent تعديل على ssDNA والانتعاش مضان ممتازة للكشف عن الحمض النووي الهدف. تم العثور على R-GO من قبل AuNPs المعاد تدويرها على استعداد لتكون من نفس النوعية مع أن انخفاض كيميائيا ص-GO. استخدام الضوء المرئي مع جسيمات متناهية الصغر plasmonic يوضح طريقة بديل جيد لتخليق ص-GO.

Introduction

كانت طريقة 1 والأبخرة الكيميائية أول المتقدمة سكوتش الشريط استنادا ترسب 2 طرق ممتازة لانتاج الدولة البكر من الجرافين، ولكن تم اعتبار كبير التوليف نطاق الجرافين أو الجرافين تشكيل طبقة على السطح مع مساحة واسعة الحصر رئيسيا لل الأساليب السابقة. 3 واحدة من الحلول الممكنة على نطاق واسع التوليف ص-GO ستكون طريقة الرطب الكيميائية الاصطناعية التي يتطلب أولا التفاعلات مع تأكسد قوية، المعالجة الفيزيائية واسعة النطاق مثل صوتنة لإنتاج GO ورقة، وأخيرا الحد من وظائف الأكسجين مثل هذه كما هيدروكسي، إيبوكسيد ومجموعات الكربونيل في GO أمر ضروري من أجل استرداد خصائصه الفيزيائية الأصلية. 4 في الغالب، وجرى الحد من الخروج مع أي طريقة كيميائية باستخدام الهيدرازين أو مشتقاته 5 أو أسلوب العلاج الحراري (550-1،100 ° C) في جو خامل أو الحد من 6

jove_content "> هذه العمليات تتطلب المواد الكيميائية السامة، طويل وقت رد الفعل وارتفاع في درجة الحرارة مما أدى إلى زيادة الطلب على الطاقة الكلي لتخليق ص-GO 7 على الرغم من أن عمليات تشعيع الصورة الحد من مثل الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية، عملية 8 الصور الحرارية باستخدام زينون نابض فلاش، 9 نابض الليزر بمساعدة 10 والصور الحرارية للتدفئة مع أضواء فلاش الكاميرا كما تم الإبلاغ عن 11 لإعداد ص-GO. بشكل عام، وانخفاض كفاءة التحويل من الطرق الصورة التي يسببها نشر إلى استخدام الأشعة فوق البنفسجية أو نابض أشعة الليزر التي يمكن أن توفر طاقة الفوتون عالية، وطاقة الفوتون منخفضة من الضوء المرئي يحد استخدامه وليس جذب الكثير لتخليق ص-GO. ممتازة خصائص امتصاص ضوء النانوية plasmonic في مجالات مرئية و / أو الجرد الوطني يمكن أن تحسن كثيرا من السلبيات الحالية استخدام الضوء المرئي لتخليق ص-GO. 12،13 ظروف التفاعل خفيفة وفترة رد الفعل القصير والاستخدام المحدود للالفصل السامةemicals يمكن أن تجعل ضوء مأكل مرئية يسببها ساعد تخفيض بهوتوكاتاليتيك من GO كأسلوب بديل مفيد.

في الأسلوب الحالي، ونحن تصف طريقة فعالة وبسيطة ص-GO الاصطناعية باستخدام الجسيمات النانوية plasmonic والضوء المرئي. تم العثور على التقدم رد فعل أن تعتمد بقوة على البنى النانوية plasmonic مثل النانوية كروية الذهب (AuNPs)، نانواعواد الذهب (AuNRs)، وnanostars الذهب (AuNSs). أظهر استخدام AuNPs الحد الأكثر كفاءة من GO والنانوية هي قابلة للإزالة بسهولة وقابلة لإعادة التدوير للاستخدام المتكرر (الشكل 1). ص-GO تصنيعه باستخدام الضوء المرئي وأظهر AuNPs نوعية متساوية تقريبا مقارنة مع ص-GO بطريقة كيميائية معروفة (الهيدرازين) كما يتبين من استعمال مختلف القياسات التحليلية وطريقة الكشف DNA مضان تبريد / انتعاش وأعد.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

1. إعداد السلائف

  1. إعداد أكسيد الجرافين (GO):
    1. إعداد GO باستخدام تعديل طريقة هامر 14
      1. إضافة 3.0 غرام من رقائق الجرافيت إلى خليط من H 2 SO 4 المركز / H 3 PO 4 (360: 40 مل) في RT. (ملاحظة: خاص الرعاية يجب أن يؤخذ أثناء استخدام الأحماض القوية H 2 SO 4 و H 3 PO 4).
      2. إضافة برمنجنات 4 (18.0 غرام) ببطء مع التحريك والتبريد في حمام الثلج للحفاظ على درجة حرارة خليط التفاعل في <35 ° C. (الحل تصبح لزجة مع زيادة وقت رد الفعل، تحتاج إلى استخدام الطريقة الصحيحة للحفاظ على التحريك الفعال.) (ملاحظة: عناية خاصة يجب أن يؤخذ في حين اضاف برمنجنات 4 بسبب تفاعل طارد للحرارة).
      3. يحرك المزيج لمدة 12 ساعة على 50 درجة مئوية ثم بارد لRT وصب خليط التفاعل على الجليد (400 مل) تحتوي على 30٪ H 2 O 2 (3 مل).
      4. تصفية صخليط eaction باستخدام المعادن الولايات المتحدة القياسية اختبار منخل (300 ميكرون) لإزالة الجرافيت غير المتفاعل وأجهزة الطرد المركزي (سرعة x ج 4722 لمدة 2 ساعة) الترشيح لإزالة طاف.
      5. كرر الخطوة الطرد المركزي مع 200 مل من الماء و 200 مل من 30٪ حمض الهيدروكلوريك، و 200 مل من الايثانول، والماء المقطر مرة أخرى حتى الرقم الهيدروجيني عن متناول الحل في 5،0-6،0.
      6. يجفد الحلول النهائية لإنتاج مسحوق GO رقيق.
      7. من أجل جعل nanosized حل GO، ويحل 20 ملغ من مسحوق GO في 40 مل من الماء ثلاث مرات المقطر (> 18 MΩ)، ثم قشر صوتنة لفترات طويلة (35٪ السعة، 500 W، 2 ساعة) حتى أصبح توزيع حجم كامل أقل من 150 نانومتر، ثم الطرد المركزي انه مرتين (سرعة 10625 x ج، 15 دقيقة) لإزالة الرواسب (تقشر ورقة الامم المتحدة GO الكبيرة).
  2. إعداد جسيمات متناهية الصغر plasmonic
    1. إعداد AuNPs
      1. استقرت سترات شكل كروي الذهب جسيمات متناهية الصغر (عونوقد استخدم PS، OD = 1.0) من 30 الجسيمات نانومتر حجم للحد من R-GO.
    2. إعداد AuNRs 15
      1. إعداد الحل البذور عن طريق إضافة 0.6 مل من محلول الجليد الباردة الطازجة من NaBH 4 الحل (0.01 M) إلى مائي يؤلف حل خليط من 0.25 مل من HAuCl 4 (0.01 م) و9.75 مل من بروميد cetyltrimethylammonium (CTAB، 0.1 M ).
      2. يحرك الخليط الناتج بقوة لمدة 0.5 دقيقة ثم الاحتفاظ بها في 28 درجة مئوية لمدة 3 ساعات.
      3. إعداد الحل النمو عن طريق خلط 475 مل من CTAB (0.1 M)، 3 مل من آنيو 3 (0.01 M) و 20 مل من HAuCl 4 (0.01 م).
      4. ثم يضاف الطازجة 3.2 مل من حمض الاسكوربيك (0.01 M) إلى خليط تليها إضافة 0.8 مل من حمض الهيدروكلوريك مائي (1.0 M) حل.
      5. في الخطوة الأخيرة إضافة 3.2 مل من محلول البذور إلى حل نمو في 28 ° C وإخضاع خليط التفاعل إلى انعكاس سريع لبضع ثوان. وأخيرا، كهEP الخليط الناتج دون عائق لا يقل عن 6 ساعة.
      6. تحليل أعد AuNRs مع الأشعة فوق البنفسجية المرئية الطيفي للامتصاص ماكسيما (λ كحد أقصى)، وتحليل تيم (تم العثور على عادة λ كحد أقصى ونسبة الارتفاع لتكون 730 نانومتر و 3.5 على التوالي).
    3. إعداد AuNSs 16
      1. تحضير محلول مائي مخزون 4- (2-هيدروكسي إيثيل) حامض -1-piperazineethanesulfonic (HEPES) مع تركيز 100 مم، وضبط درجة الحموضة إلى 7.4 عند 25 درجة مئوية بإضافة 1.0 M محلول هيدروكسيد الصوديوم.
      2. مزيج 20 مل من العازلة الفوسفات (100 ملم) مع 30 مل من 2- [4- (2-هيدروكسي إيثيل) -1-piperazinyl] حامض ethanesulfonic (100 ملم).
      3. ثم إضافة 500 ميكرولتر من هيدرات الذهب (III) كلوريد (20 ملم) إلى الخليط المذكور أعلاه والحفاظ على 28.5 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة في حمام مائي. بعد ويمكن ملاحظة 30 دقيقة يتغير لونها من الأصفر الفاتح الحل إلى اللون الأزرق المخضر.
      4. أجهزة الطرد المركزي الحل بسرعة 8928 x ج لمدة 30 دقيقة، وتفريقيترسب في الماء المقطر.
      5. وأخيرا، وتحليل AuNSs استعداد مع الأشعة فوق البنفسجية المرئية الطيفي للامتصاص ماكسيما (λ كحد أقصى)، وتحليل TEM لحجم الجسيمات تأكيدا التي وجدت لتكون 740 نانومتر و 30 نانومتر، على التوالي.

2. إعداد ص-GO باستخدام الضوء المرئي وAuNPs

  1. إضافة 1 مل من الجسيمات النانوية plasmonic (عبس 1.0 في 520 نانومتر لAuNPs، عبس 1.0 في 750 نانومتر لAuNRs، وعبس 1.0 في 730 نانومتر لAuNSs، على التوالي)، و 100 ميكرولتر من هيدروكسيد الأمونيوم (28٪، ث / ت٪) ل 10 مل من محلول GO (OD 1.0 عند 230 نانومتر، 0،125 مجم مل -1) وضعت في مفاعل الزجاج بيركس مجهزة سترة تدوير المياه.
  2. أشرق الخليط مع اكس مصباح (كثافة الطاقة 1.56 W سم -2) لمدة 30 دقيقة مع توزيع المياه من خلال سترة تعميم الماء للحفاظ على درجة حرارة 25 ° C ثم الطرد المركزي الحل بسرعة 10625 x ج لمدة 15 دقيقة لإزالة الجسيمات النانوية الذهبية.
  3. اتخاذ طاف التي تحتوي على إعداد ص-GO لتحليل مع الأشعة فوق البنفسجية المرئية الطيف (ص-GO ينبغي أن تظهر الفرقة امتصاص مميزة في 270 نانومتر) في نطاق 200-900 نانومتر.

3. الهدف كشف DNA عن طريق ص-GO الحل 17

  1. لمضان التبريد، إضافة 20 ميكرولتر من 10 -6 ssDNA تعديل CY3-M (5'-ATC CTT ATC AAT ATT TAA CAA TAA TCC CTC-Cy3-3 ') إلى GO أو ص-GO محلول يحتوي على 25 ميكرولتر من GO (0،125 ملغ مل -1) أو R-GO (0.125 ملغ مل -1) في 1955 ميكرولتر من 0.3 M PBS حل (10 ملي العازلة الفوسفات، 0.3 M كلوريد الصوديوم)، واحتضان لمدة 10 دقيقة في RT.
  2. قياس كثافة مضان من هذه العينات مع الطيفي (λ السابق = 529 نانومتر).
  3. للكشف عن الهدف، إضافة 200 ميكرولتر من محلول قليل النوكليوتيد الهدف (5'- GAG GGA TTA TTG TTA AAT ATT GAT AAG GAT- 3 ') في ثلاث تركيزات مختلفة (10 -6 </ سوب> M، 10 -7 M، 10 -8 M) في GO أو ص-GO محلول يحتوي على 20 ميكرولتر من 10 -6 M-ssDNA CY3، 25 ميكرولتر من GO أو ص-GO (0.125 ملغ مل -1) و1،755 ميكرولتر من 0.3 M PBS لتجربة الانتعاش مضان. 17
    ملاحظات:
    مصادر الضوء ومفاعل
    الضوء المرئي (400-780 نانومتر) المصدر. الضوء المرئي أشرق من خلال بيركس مفاعل الزجاج (إطار القطر = 1.1 سم) التي تحتوي على حل GO باستخدام اكس مصباح (1.56 W / سم 2 قوة). يتم احتساب طاقة الفوتون تطبيقها على المفاعل ليكون في حدود 4.8 × 10 21 الفوتونات لكل دقيقة (الشكل 2A-2C).
    الأشعة تحت الحمراء القريبة (الجرد) ليزر. قوائم الجرد الوطنية ليزر (إطار القطر = 13.2 سم) مع كثافة الطاقة 0.36 W / سم 2، والطول الموجي التشغيل من 808 نانومتر استخدمت كمصدر للضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة لردود الفعل تخفيض GO (الشكل 2E). يتم احتساب طاقة الفوتون أن تكون 2.43 × 10 21 الفوتونات لكل دقيقة.
    REACتور: بيركس مفاعل الزجاج (إطار القطر = 1.1 سم، حجم رد الفعل = 10 مل) يستخدم مجهزة سترة تدوير المياه لكل من الضوء المرئي والضوء المشع NIR ردود الفعل تخفيض GO (الشكل 2F).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

ويبين الشكل 1 الخطة الشاملة للضوء المرئي، واستنادا تفاعل اختزال ص-GO جسيمات متناهية الصغر plasmonic الشكل 2 يوضح الإعداد فعال لردود الفعل. بعد رد الفعل، وكان مطلوبا خطوة الطرد المركزي لإزالة ضوئي المستخدمة (AuNSs، AuNRs، أو AuNPs) كما هو مبين في

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

أظهر الضوء المرئي أشعة على حل GO لمدة 30 دقيقة مع جزيئات الذهب (AuNPs، AuNSs وAuNRs) يتغير لون السريع من الضوء الأصفر والبني إلى اللون الأسود (الشكل 1). للحصول نقية للغاية المنتج R-GO في عالية الغلة، وهناك اثنين من العوامل الهامة تحتاج إلى متابعة. واحد هو استخدام AuNPs كحافز ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

ليس لدينا شيء في الكشف عنها.

Acknowledgements

وأيد هذا العمل من قبل مؤسسة البحوث الوطنية لكوريا (2013R1A1A1061387) وKU-KIST صندوق البحث.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Cy3 modifeid ssDNAIDT(Iowa, USA)HPLC purified by IDT
Gold nanoparticles (30 nm)Ted Pella, Inc(Redding, CA, USA).15706-20colloidal solution
4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethane sulfonic acid (HEPES) (99.5%)Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)7365-45-9
Gold(III) Chloride Hydrate (99.999%)Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) 27988-77-8strongly hygroscopic
Sodium Borohydride (99.99%)Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)16940-66-2
Hexadecyltrimethylammonium bromide (≥99%)Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)57-09-0
L-Ascorbic Acid(≥99.0%)Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)50-81-7
Sodium Chloride (99.5%)Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)7647-14-5
Silver Nitrate  (≥99.0%)Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)7761-88-8
GraphiteSigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)7782-42-5
Sulfuric acidSigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)7664-93-9
Phophoric acidSigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)7664-38-2
Potassium permanganateSigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)7722-64-7
Hydrogen peroxideJUNSEI23150-0350
Ammonium hydroxideSigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)1336-21-6
Xe-lamp Cermax, Waltham, USA
NIR LaserClass-IV, Sanctity Laser, Shanghai, China 6W (output power)
UV-Vis spectrophotometer S-3100, SINCO, South Korea
Transmission Electron MicroscopyH-7650, Hitachi, Japan
Spectro FluorometerJasco FP-6500, Tokyo, Japan
X-ray Photoelectron SpectrometerAXIS–NOVA, KRATOS Inc., UK

References

  1. Novoselov, K. S., et al. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science. 306 (5696), 666-669 (2004).
  2. Obraztsov, A. N. Chemical Vapour Deposition Making Graphene on a Large Scale. Nat Nanotechnol. 4 (4), 212-213 (2009).
  3. Choi, W., Lahiri, I., Seelaboyina, R., Kang, Y. S. Synthesis of Graphene and Its Applications A Review. Crit Rev Solid State Mater Sci. 35 (1), 52-71 (2010).
  4. Zhou, Y., et al. Microstructuring of Graphene Oxide Nanosheets Using Direct Laser Writing. Adv Mater. 22 (1), 67-71 (2010).
  5. Stankovich, S., et al. Graphene Based Composite Materials. Nature. 442 (7100), 282-286 (2006).
  6. Becerril, H. A., et al. Evaluation of Solution-Processed Reduced Graphene Oxide Films as Transparent Conductors. ACS Nano. 2 (3), 463-470 (2008).
  7. Wang, X., Zhi, L., Müllen, K. Transparent Conductive Graphene Electrodes for Dye Sensitized Solar Cells. Nano Lett. 8 (1), 323-327 (2007).
  8. Sungjin, P., Ruoff, R. S. Chemical Methods for the Production of Graphenes. Nat Nanotechnol. 4 (4), 217-224 (2009).
  9. Akhavan, O., Ghaderi, E. Photocatalytic Reduction of Graphene Oxide Nanosheets on TiO2 Thin Film for Photoinactivation of Bacteria in Solar Light Irradiation. J Phys Chem C. 113 (47), 20214-20220 (2009).
  10. Huang, L., et al. Pulsed Laser Assisted Reduction of Graphene Oxide. Carbon. 49 (7), 2431-2436 (2011).
  11. Cote, L. J., Cruz-Silva, R., Huang, J. Flash Reduction and Patterning of Graphite Oxide and Its Polymer. Composite. J. Am. Chem. Soc. 131 (31), 11027-11032 (2009).
  12. Wu, T., et al. Surface plasmon resonance-induced visible light photocatalytic reduction of graphene oxide: Using Ag nanoparticles as a plasmonic photocatalyst. Nanoscale. 3 (5), 2142-2144 (2011).
  13. Kumar, D., Kaur, S., Lim, D. K., et al. Plasmon-assisted and visible-light induced graphene oxide reduction and efficient fluorescence quenching. Chem. Commun. 50 (88), 13481-13484 (2014).
  14. Gilje, S., et al. Photothermal Deoxygenation of Graphene Oxide for Patterning and Distributed Ignition Applications. Adv. Mater. 22 (3), 419-423 (2010).
  15. Cote, L. J., Kim, F., Huang, J. Langmuir−Blodgett Assembly of Graphite Oxide Single Layers. J. Am. Chem. Soc. 131 (3), 1043-1049 (2008).
  16. Ming, T., et al. Experimental Evidence of Plasmophores: Plasmon-Directed Polarized Emission from Gold Nanorod–Fluorophore Hybrid Nanostructures. Nano Lett. 11 (6), 2296-2303 (2011).
  17. Xie, J., Lee, J. Y., Seedless Wang, D. I. C. Surfactantless, High-Yield Synthesis of Branched Gold Nanocrystals in HEPES Buffer Solution. Chem. Mater. 19 (11), 2823-2830 (2007).
  18. Ferrari, A. C., Robertson, J. Resonant Raman spectroscopy of disordered, amorphous, and diamond like carbon. Phys. Rev. B. 64 (7), 075414-1-075414-13 (2000).
  19. Tian, J., et al. One–pot green hydrothermal synthesis of CuO–Cu2O–Cu nanorod–decorated reduced graphene oxide composites and their application in photocurrent generation. Catal. Sci. Technol. 2 (11), 2227-2230 (2012).
  20. Liu, S., Tian, J., Wang, L., Sun, X. A method for the production of reduced graphene oxide using benzylamine as a reducing and stabilizing agent and its subsequent decoration with Ag nanoparticles for enzymeless hydrogen peroxide detection. CARBON. 49 (10), 3158-3164 (2011).
  21. Tian, J., et al. Environmentally Friendly, One–Pot Synthesis of Ag Nanoparticle Decorated Reduced Graphene Oxide Composites and Their Application to Photocurrent Generation. Inorg. Chem. 51 (8), 4742-4746 (2012).
  22. Tian, J., et al. Three–Dimensional Porous Supramolecular Architecture from Ultrathin gC3N4 Nanosheets and Reduced Graphene Oxide: Solution Self-Assembly Construction and Application as a Highly Efficient Metal–Free Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6 (2), 1011-1017 (2014).
  23. Liu, S., et al. Stable Aqueous Dispersion of Graphene Nanosheets: Noncovalent Functionalization by a Polymeric Reducing Agent and Their Subsequent Decoration with Ag Nanoparticles for Enzymeless Hydrogen Peroxide Detection. Macromolecules. 43 (23), 10078-10083 (2010).
  24. Li, H., et al. Photocatalytic synthesis of highly dispersed Pd nanoparticles on reduced graphene oxide and their application in methanol electro–oxidation. Catal. Sci. Technol. 2 (6), 1153-1156 (2012).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

103 Plasmonic DNA

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved