وأيد هذا العمل من قبل جبهة الخلاص الوطني / وزارة الطاقة الشراكة في مجال العلوم والتكنولوجيا البلازما (جبهة الخلاص الوطني ، منحة رقم 0853777 CBET وزارة الطاقة المنحة رقم DE SC0001169) ، المرحلة الأولى من المشروع STTR (NSF STTR No.1010133 المرحلة الأولى). فإن الكتاب أود أن أشكر PPPL برنامج البحوث المكتبية التي يدعمها مكتب علوم الطاقة الاندماجية لدعم التجارب القوس.

1. إعداد الأنود <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مقياس مسحوق النيكل (99.8 ٪ ، و 300 شبكة) ومسحوق الإيتريوم (99.9 ٪ ، و 40 شبكة) وفقا للراديو المولي من 4.2:1 حافزا على شكل مسحوق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مزيج من مسحوق مع محفز مسحوق الجرافيت (99.9995 ٪ ، و 200 شبكة) بشكل جيد جدا. ملء مسحوق مختلطة في قصبة جوفاء الغرافيت (5 ملم القطر الخارجي ، و 2.5 ملم وقطرها الداخلي 75 ملم طول) بحزم. تأكد من الراديو مجموع ضرس C : ني : Y في قضيب القطب الموجب هو 94.8:4.2:1 ، وهو النسبة المثلى لتجميع SWCNT 9. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت قضيب الكاثود (الجرافيت النقي ، 13 مم) وقضيب الأنود محشوة داخل غرفة اسطوانية (الفولاذ المقاوم للصدأ ، 152 مم و 254 ملم طول). ضبط المسافة الفجوة بين الكاثود والأنود إلى حوالي 3 ملم. </li></ol> 2. الركيزة الإعداد <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع مغناطيس دائم متوازي المستطيلات (25 ملم × 25 ملم × 100 ملم) داخل غرفة في حوالي مسافة 25 مم من المحور interelectrode. ألنيكو المغناطيس فائقة الحرارة المستخدمةفي تجربة ووزن 650 غرام. استخدام التكوين عندما يتم وضع هذه الفجوة interelectrode على مسافة حوالي 75 ملم = ح (الشكل 1A) من أسفل المغناطيس الدائم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خفض سماكة 0.3 مم ورقة الموليبدينوم (99.95 ٪) ك 25 مم × 100 مم شكل مستطيل. إزالة تلوث سطح dismembrator بواسطة الموجات فوق الصوتية في الأسيتون والإيثانول لمدة 30 دقيقة مع 50 ٪ sonicating السعة ، 150 ث انتاج الطاقة و 40 كيلوهرتز تردد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت ورقة الموليبدينوم إرفاق جانب واحد من المغناطيس الدائم ، وتحويل هذا الجانب نحو الأقطاب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس المجال المغناطيسي في الفجوة interelectrode بواسطة Gaussmeter. إبقاء المجال المغناطيسي المتوسط ​​بين الأقطاب حوالي 0،06 ت. </li></ol> 3. اشتعال قوس البلازما <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مضخة أسفل غرفة اسطوانية لضغوط أقل من 10 -1 فراغ عربة ثم ملأها الهليوم (99.995 ٪) و 500 عربة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيل الأقطاب الكهربائية إلى قوس weldi العاصمةنانوغرام امدادات الطاقة وانشاء وحدة تزويد الطاقة على قوس الحالي نحو 75 ألف </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> سجل القيم في الوقت الحقيقي من الجهد الحالي القوس القوس ، وضغط الغرفة لمرحلة ما بعد تجربة التحليل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء تشغيل الفيديو من الانحناء من viewports الجبهة اليمنى واثنين من الكاميرات الرقمية في وقت واحد. وأظهرت لقطات بعد 1 ثانية من قوس يبدأ في الشكل 1B (من المعاينة اليمين) والشكل 1D (من جبهة منفذ العرض). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل قوس لمدة 15 ثانية. تهدئة القاعة الحمل الطبيعية ما لا يقل عن 20 دقيقة. </li></ol> 4. بعد تجميع تحليل وتوصيف <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام ملاقط لتمزيق قبالة تقشر ترسب من سطح ورقة الموليبدينوم حيث تم توجيه الطائرة البلازما القوس. ويتم جمع عينة أخرى من ذوي الياقات السوداء الكاثود. مراقبة مورفولوجية جانبي تقشر ترسب تحت SEM (الجهد التسارع من 30 KV كانت تستخدم). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فيما يتعلق بإعداد نموذج لل<html> وقد تم الحصول على TEM التحليل ، والأغشية الرقيقة من العينة قطرة الصب تعليق الميثانول فرقت حل SWCNT بعد sonicating لمدة 60 دقيقة باستخدام الموجات فوق الصوتية dismembrator مع 50 ٪ sonicating السعة. مراقبة مورفولوجية رقيقة تحت JEOL تيم مع الجهد 100 كيلوفولت من بعد تطاير حل الميثانول. لمنصب الفائدة في نموذج ، يمكن الحصول على نمط حيود الإلكترون مع كاميرا CCD طول 50 سم المرتبطة TEM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تم تنفيذ رامان الطيفي على نظام الدقيقة رامان على أساس 200 ميغاواط Lexel 3000 ليزر ايون وصول (الانضباطي إخراج خط واحد) ، مع عدسات التصوير المجسم ، مطياف 0.5 متر والنيتروجين السائل المبرد للكشف عن اتفاقية مكافحة التصحر ؛ طول الموجة 514 نانومتر والتي تتطابق مع طاقة 2.33 فولت. غطت القياسات رامان في حدود 100 إلى 3100 سم -1 سم -1 ، ونفذت على سطح رقائق الجرافين. </li></ol> 5. ممثل النتائج &quot;وترد&gt; لقطات الفيديو التي تم الحصول عليها في وقت واحد من اليمين وviewports امام الغرفة في الشكل 1B ، د لح = 75 مم ، وهذه الصور توضح اضطراب كبير من قوس البلازما العمود في وجود مجال مغناطيسي خارجي في المقارنة مع العمود قوس المتماثلة محوريا لوحظ في القضية دون حقل مغناطيسي 10. الشكل 2A و 2B عرض نموذجي مورفولوجيا الجسيمات SWCNT ومحفزا على جمع طوق من دون الكاثود مع المجال المغناطيسي والمجال المغناطيسي للB = 0.06 تسلا تحت TEM ، على التوالي. ويمكن ملاحظة أن SWCNT مع المجال المغناطيسي هي قريبة معبأة في حزم بأقطار تتراوح بين 2 و 20 نانومتر بسبب التفاعل بين فان دير فال SWCNT الفردية. في المقارنة ، دون SWCNT المجال المغناطيسي لديها أكبر قطر في حزم وقطر أكبر الفردية ، وهو ما يتسق مع تحليل الطيف رامان. أيضا ، والمجال المغناطيسي كاليفورنيان النتيجة في SWCNT مع ارتفاع النقاء هو مبين في الشكل 2A و 2B. التأثير الأكثر إثارة للاهتمام من الحقل المغناطيسي هو أنه يمكن الحصول على رقائق الجرافين من سطح رقائق ترسب التي هي قريبة من ورقة الموليبدينوم في نفس العملية. الشكل 2C و 2D عرض الصور SEM وتيم من رقائق الجرافين ، فضلا عن عدد قليل تقابل طبقة الجرافين تم الحصول عليها من العينة المأخوذة في الموقع لطائرات البلازما القوس. وأقحم من 2D يبين الشكل نمط حيود الإلكترونات المرتبطة الجرافين. نمط النقاط سداسية حيود الإلكترون يقدم أدلة على هياكل الكريستال امر جيد. الطيف رامان هو أداة قوية لتوصيف رقائق الجرافين وSWCNT. القمم النموذجية التي لوحظت في الجرافين هي قمم مجموعة 2D في الطول و1600 ~ ~ -1 و 2700 على التوالي سم -1 ، وذلك باستخدام الطول الموجي الإثارة من 514 نانومتر. مجموعةذروة نابع من الاهتزازات في الطائرة التي يمكن ملاحظتها في جميع المواد الكربونية SP2. ذروة 2D هو أمر الثاني من ذروة D لكن ينظر حتى في الأنظمة غير المختلين ، ويرجع ذلك إلى الدرجة الرابعة فونون زخم عملية التبادل الرنين مزدوج. انها تلعب دورا حاسما في تحديد خصائص الجرافين. كثافة الأول (2D) / I (G) هو حوالي 4 لالجرافين المونولاير والنقصان مع إضافة طبقات اللاحقة ، مما يجعل من الممكن لتقدير سمك طبقات الجرافين 11 الشكل 3 يشير إلى أن قيمة الأول (2D) / I (G) هي حوالي 1 ، والذي يمكن أن يكون دليلا على قلة طبقة الجرافين. ويمكن استخدام طريقة التنفس شعاعي (RBM) ما بين 120 و 350 سم -1 في الطيف رامان لتحديد قطرها أنابيب من خلال تواتر الاهتزاز متماسكة من الذرات C في الاتجاه شعاعي. العلاقة التجريبية بين التردد وقطر SWCNT هو دحر الملاريا ω = A / B + د ر ، حيث س المعلماتA و B و تساوي 234 و 10 سم -1 ، على التوالي ، لSWCNT النموذجية التي تشكلت في حزم. من الشكل (3) ، والترددات دحر الملاريا من دون وSWCNT مع المجال المغناطيسي هي 163،8 215،2 سم و-1 ، المقابلة للأقطار SWCNT فرد في المتوسط ​​من 1.52 و 1.14 نانومتر ، على التوالي. <img alt="الشكل 1." src="/files/ftp_upload/3455/3455fig1.jpg" /> الشكل 1 : توزيع المجال المغناطيسي بواسطة برنامج محاكاة 4.2 FEMM (أ) ، صورة لطائرة قوس البلازما من المعاينة اليمنى (ب) الرسم التخطيطي لموقف الأقطاب الكهربائية والمغناطيسية في المجال اتجاه الفجوة في القضية عندما تم وضع فجوة interelectrode حوالي 75 مم فوق الجزء السفلي من المغناطيس الدائم (ج) ، وصورة لطائرة قوس البلازما من منفذ العرض الأمامي (د). <img alt="الشكل 2." src="/files/ftp_upload/3455/3455fig2.jpg" /> الشكل 2. صورة الممثل تيم من وتوليفها ،SWCNT حزم دون المجال المغناطيسي (أ) وحزم SWCNT مع المجال المغناطيسي (ب) ، نموذجية SEM صورة رقائق الجرافين توليفها مع المجال المغناطيسي (ج) ، وصورة من الجرافين TEM مع المجال المغناطيسي. أقحم هو الإلكترون المنطقة المختارة نمط حيود تبين البنية البلورية للالجرافين. <img alt="الشكل 3." src="/files/ftp_upload/3455/3455fig3.jpg" /> الشكل 3. رامان طيف من العينات مع الحقل المغناطيسي في مجموعة من 100-3100 سم -1. أقحم : الطيف رامان من العينات دون المجال المغناطيسي حول الترددات دحر الملاريا. <img alt="الشكل 4." src="/files/ftp_upload/3455/3455fig4.jpg" /> الشكل 4. البنية النانوية منطقة نمو وكثافة عدد من الكربون والنيكل للقوس A. ملاحظة أن 60 من كثافة الكربون والنيكل التي تظهر على الجانب الأيسر والأيمن من الأقطاب الكهربائية ، في نفس المنطقة تتعايش.

<ol>
	<li>Dai, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+transport+properties+and+field+effect+transistors+of+carbon+nanotubes.">Electrical transport properties and field effect transistors of carbon nanotubes.</a> Nano. 1, 1-13 (2006).</li><li>Lai, K. W. C., Xi, N., Fung, C. K. M., Chen, H. Z., Tarn, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+the+band+gap+of+carbon+nanotube+for+infrared+sensors.">Engineering the band gap of carbon nanotube for infrared sensors.</a> Applied Physics Letters. 95, 221107-221107 (2009).</li><li>Gabor, N. M., Zhong, Z. H., Bosnick, K., Park, J., McEuen, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extremely+Efficient+Multiple+Electron-Hole+Pair+Generation+in+Carbon+Nanotube+Photodiodes.">Extremely Efficient Multiple Electron-Hole Pair Generation in Carbon Nanotube Photodiodes.</a> Science. 325, 1367-1371 (2009).</li><li>Liu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+storage+in+single-walled+carbon+nanotubes+at+room+temperature.">Hydrogen storage in single-walled carbon nanotubes at room temperature.</a> Science. 286, 1127-1129 (1999).</li><li>Keidar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic-field-enhanced+synthesis+of+single-wall+carbon+nanotubes+in+arc+discharge.">Magnetic-field-enhanced synthesis of single-wall carbon nanotubes in arc discharge.</a> Journal of Applied Physics. 103, 094318-094318 (2008).</li><li>Li, J., Volotskova, O., Shashurin, A., Keidar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+Diameter+Distribution+of+Catalyst+Nanoparticles+in+Arc+Discharge.">Controlling Diameter Distribution of Catalyst Nanoparticles in Arc Discharge.</a> Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 11, 10047-10052 (2011).</li><li>Volotskova, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tailored+Distribution+of+Single-Wall+Carbon+Nanotubes+from+Arc+Plasma+Synthesis+Using+Magnetic+Fields.">Tailored Distribution of Single-Wall Carbon Nanotubes from Arc Plasma Synthesis Using Magnetic Fields.</a> Acs. Nano. 4, 5187-5192 (2010).</li><li>Volotskova, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-step+synthesis+and+magnetic+separation+of+graphene+and+carbon+nanotubes+in+arc+discharge+plasmas.">Single-step synthesis and magnetic separation of graphene and carbon nanotubes in arc discharge plasmas.</a> Nanoscale. 2, 2281-2285 (2010).</li><li>Farhat, S., Scott, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+the+arc+process+modeling+for+fullerene+and+nanotube+production.">Review of the arc process modeling for fullerene and nanotube production.</a> Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 6, 1189-1210 (2006).</li><li>Keidar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increasing+the+length+of+single-wall+carbon+nanotubes+in+a+magnetically+enhanced+arc+discharge.">Increasing the length of single-wall carbon nanotubes in a magnetically enhanced arc discharge.</a> Applied Physics Letters. 92, 043129-043129 (2008).</li><li>Ferrari, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+spectrum+of+graphene+and+graphene+layers.">Raman spectrum of graphene and graphene layers.</a> Physical Review Letters. 97, 187401-187401 (2006).</li></ol>

ليس لدينا شيء في الكشف عنها.

في لقطات الفيديو هو مبين في الشكل 1B و1D ، عن الحالة التي وضعت الفجوة interelectrode على مسافة نحو 75 = ح مم من أسفل المغناطيس الدائم ، ينبغي الإشارة إلى أن تغيير موقف المغناطيس (اختبرناها التحول المغناطيس ض على طول المحور وتحويل أكثر من المغناطيس) عن نتائج الانحراف في ?...

جدول محدد الكواشف والمعدات : <table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><th> اسم الكاشف </th><th> شركة </th><th> فهرس العدد </th><th> تعليق (اختياري) </th></tr><tr><td> الميثانول </td><td> العضوية Acros </td><td> 423950010 </td><td></td></tr><tr><td> مسحوق النيكل </td><td> Aesar ألفا </td><td> 10581 </td><td></td></tr><tr><td> الإيتريوم مسحوق </td><td> العضوية Acros </td><td> 318060050 </td><td></td></tr><tr><td> مسحوق الجرافيت </td><td> Aesar ألفا </td><td> 40799 </td><td></td></tr><tr><td> قضيب الجرافيت جوفاء </td><td> زحل للصناعات </td><td> POCO EDM 3 </td><td></td></tr><tr><td> مغناطيس دائم </td><td> ماكماستر ، كار </td><td> 57315K51 </td><td></td></tr><tr><td> الموليبدينوم ورقة </td><td> Dingqi العلوم. والتقنية. </td><td> 080504-11 </td><td></td&gt; </tr><tr><td> فوق صوتي dismembrator </td><td> فيشر العلمية </td><td> نموذج 150T </td><td></td></tr><tr><td> قاعة تأثير gaussmeter </td><td> منظمة العفو الدولية </td><td> طراز 100 </td><td></td></tr><tr><td> اللحام إمدادات الطاقة </td><td> ميلر كهربائية </td><td> نجمة ذهبية 600SS </td><td></td></tr><tr><td> فراغ مضخة </td><td> J / B </td><td> DV - 85N </td><td></td></tr><tr><td> SEM </td><td> زايس </td><td> LEO 1430VP </td><td></td></tr><tr><td> TEM </td><td> JEOL </td><td> 1200 EX </td><td></td></tr><tr><td> رامان </td><td> Horiba </td><td> HR800 </td><td></td></tr></tbody></table>

simultaneous synthesis of single-walled carbon nanotubes and graphene in a magnetically-enhanced arc plasma

النانو الكربون مثل الألياف الكربونية واحد الجدران (SWCNT) وطوفان الجرافين جذب اهتمام العلماء في الوقت الحاضر نظرا لتطبيقها واعدة جدا لأجهزة الاستشعار الجزيئية ، الحقل تأثير الترانزستور والأجهزة الإلكترونية فائقة رقيقة ومرنة 1-4. انوديك قوس التفريغ التي يدعمها تآكل مادة الأنود هي واحدة من أكثر الوسائل العملية والفعالة ، التي يمكن أن توفر المنظمات غير محددة توازن العمليات وتدفق عالية من مادة الكربون إلى هياكل النامية في درجة حرارة مرتفعة نسبيا ، وبالتالي ، كما المنتجات المركبة والعيوب الهيكلية وتحسين crystallinity قليلة. لمزيد من التحكم وتحسين المرونة في تجميع الكربون النانو في قوس التفريغ ، يمكن تطبيق المجالات المغناطيسية أثناء عملية التوليف وفقا لردود مغناطيسية قوية من البلازما القوس. وقد ثبت أن مغناطيسيا محسنة قوس dischيمكن ARGE زيادة متوسط ​​طول SWCNT 5 ، ضيق توزيع قطره محفز جزيئات معدنية وأنابيب الكربون النانوية 6 ، وتغيير نسبة معدنية وأنابيب الكربون النانوية شبه الموصلة 7 ، وكذلك يؤدي إلى التوليف كما الجرافين 8. وعلاوة على ذلك ، فمن المفيد ملاحظة أنه عندما نقدم حقل مغناطيسي غير موحدة مع المكون الطبيعي أن التيار في القوس ، وقوة لورنتز على طول × ياء باء يمكن أن تولد اتجاه الطائرة البلازما وجعل التنفيذ الفعال لجزيئات الكربون وأيون تدفق الحرارة لعينات. نتيجة لذلك ، تم إنشاؤها في وقت واحد رقائق الجرافين على نطاق واسع ، والألياف الكربونية عالية النقاء واحد بواسطة هذه الجدران الجديدة المعززة مغناطيسيا أسلوب قوس انوديك. قوس التصوير والمسح الضوئي المجهر الالكتروني (SEM) ، كانوا يعملون انتقال الإلكترون المجهر (تيم) ورامان الطيفي لتحليل خصائص النانو الكربونية. هذه النتائج تشير إلى وجودطيف واسع من الفرص للتلاعب مع خصائص النانو المنتجة في البلازما عن طريق التحكم في ظروف القوس.

Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma at JoVE.com

Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma

انوديك قوس التفريغ هي واحدة من أكثر الوسائل العملية والفعالة لتجميع الكربون النانو المختلفة. لزيادة إمكانية التحكم قوس والمرونة ، وقدم حقل مغناطيسي غير موحدة لعملية التوليف من خطوة واحدة من رقائق الجرافين على نطاق واسع ، والألياف الكربونية عالية النقاء احد الجدران.

التجميعي في وقت واحد من أنابيب الكربون النانوية الجدران واحدة الجرافين في قوس البلازما مغناطيسيا محسنة

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very ...

simultaneous-synthesis-single-walled-carbon-nanotubes-graphene

Research

JoVE Journal

Bioengineering

15.2K Views.  The George Washington University. انوديك قوس التفريغ هي واحدة من أكثر الوسائل العملية والفعالة لتجميع الكربون النانو المختلفة. لزيادة إمكانية التحكم قوس والمرونة ، وقدم حقل مغناطيسي غير موحدة لعملية التوليف من خطوة واحدة من رقائق الجرافين على نطاق واسع ، والألياف الكربونية عالية النقاء احد ال?...

Video: Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma

Graphene Coatings for Biomedical Implants

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with nanometer thick layers of graphene for applications as a stent material. Graphene was grown on copper substrates via chemical vapor deposition and then transferred onto nitinol substrates. In order to understand how the graphene coating could change biological response, cell viability of rat aortic endothelial cells and rat aortic smooth muscle cells was investigated. Moreover, the effect of graphene-coatings on cell adhesion and morphology was examined with fluorescent confocal microscopy. Cells were stained for actin and nuclei, and there were noticeable differences between pristine nitinol samples compared to graphene-coated samples. Total actin expression from rat aortic smooth muscle cells was found using western blot. Protein adsorption characteristics, an indicator for potential thrombogenicity, were determined for serum albumin and fibrinogen with gel electrophoresis. Moreover, the transfer of charge from fibrinogen to substrate was deduced using Raman spectroscopy. It was found that graphene coating on nitinol substrates met the functional requirements for a stent material and improved the biological response compared to uncoated nitinol. Thus, graphene-coated nitinol is a viable candidate for a stent material.

Graphene offers potential as a coating material for biomedical implants. In this study we demonstrate a method for coating nitinol alloys with nanometer thick layers of graphene and determine how graphene may influence implant response.

الجرافين عوازل للزراعة الحيوية الطبية

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with ...

Localization and Relative Quantification of Carbon Nanotubes in Cells with Multispectral Imaging Flow Cytometry

Carbon-based nanomaterials, like carbon nanotubes (CNTs), belong to this type of nanoparticles which are very difficult to discriminate from carbon-rich cell structures and de facto there is still no quantitative method to assess their distribution at cell and tissue levels. What we propose here is an innovative method allowing the detection and quantification of CNTs in cells using a multispectral imaging flow cytometer (ImageStream, Amnis). This newly developed device integrates both a high-throughput of cells and high resolution imaging, providing thus images for each cell directly in flow and therefore statistically relevant image analysis. Each cell image is acquired on bright-field (BF), dark-field (DF), and fluorescent channels, giving access respectively to the level and the distribution of light absorption, light scattered and fluorescence for each cell. The analysis consists then in a pixel-by-pixel comparison of each image, of the 7,000-10,000 cells acquired for each condition of the experiment. Localization and quantification of CNTs is made possible thanks to some particular intrinsic properties of CNTs: strong light absorbance and scattering; indeed CNTs appear as strongly absorbed dark spots on BF and bright spots on DF with a precise colocalization.
This methodology could have a considerable impact on studies about interactions between nanomaterials and cells given that this protocol is applicable for a large range of nanomaterials, insofar as they are capable of absorbing (and/or scattering) strongly enough the light.

In this study, the main purpose was to monitor the cellular uptake and eventual exocytosis of carbon nanotubes (CNTs). From this perspective, we proposed here a unique method using multispectral imaging flow cytometry allowing a quantification and localization of CNTs in a statistically relevant number of cells.

توطين والكمي النسبية من أنابيب الكربون النانوية في الخلايا مع متعددة الأطياف التصوير التدفق الخلوي

Carbon-based nanomaterials, like carbon nanotubes (CNTs), belong to this type of nanoparticles which are very difficult to discriminate from carbon-rich ...

Synthesis of an Intein-mediated Artificial Protein Hydrogel

We present the synthesis of a highly stable protein hydrogel mediated by a split-intein-catalyzed protein trans-splicing reaction. The building blocks of this hydrogel are two protein block-copolymers each containing a subunit of a trimeric protein that serves as a crosslinker and one half of a split intein. A highly hydrophilic random coil is inserted into one of the block-copolymers for water retention. Mixing of the two protein block copolymers triggers an intein trans-splicing reaction, yielding a polypeptide unit with crosslinkers at either end that rapidly self-assembles into a hydrogel. This hydrogel is very stable under both acidic and basic conditions, at temperatures up to 50 &#176;C, and in organic solvents. The hydrogel rapidly reforms after shear-induced rupture. Incorporation of a &#34;docking station peptide&#34; into the hydrogel building block enables convenient incorporation of &#34;docking protein&#34;-tagged target proteins. The hydrogel is compatible with tissue culture growth media, supports the diffusion of 20 kDa molecules, and enables the immobilization of bioactive globular proteins. The application of the intein-mediated protein hydrogel as an organic-solvent-compatible biocatalyst was demonstrated by encapsulating the horseradish peroxidase enzyme and corroborating its activity.

We present the synthesis of a split-intein-mediated protein hydrogel. The building blocks of this hydrogel are two protein copolymers each containing a subunit of a trimeric protein that serves as a crosslinker and one half of a split intein. Mixing of the two protein copolymers triggers an intein trans-splicing reaction, yielding a polypeptide unit that self-assembles into a hydrogel. This hydrogel is highly pH- and temperature-stable, compatible with organic solvents, and easily incorporates functional globular proteins.

التوليف من البروتين الاصطناعي Intein بوساطة هيدروجيل

We present the synthesis of a highly stable protein hydrogel mediated by a split-intein-catalyzed protein trans-splicing reaction. The building blocks of ...

Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of these porous nanofibers is of great interest due to their unique physiochemical properties. Here we elaborate on the fabrication of keratin containing poly (&#949;-caprolactone) (PCL) nanofibers (i.e., PCL/keratin composite fiber). Water soluble keratin was first extracted from human hair and mixed with PCL in different ratios. The blended solution of PCL/keratin was transformed into nanofibrous membranes using a laboratory designed electrospinning set up. Fiber morphology and mechanical properties of the obtained nanofiber were observed and measured using scanning electron microscopy and tensile tester. Furthermore, degradability and chemical properties of the nanofiber were studied by FTIR. SEM images showed uniform surface morphology for PCL/keratin fibers of different compositions. These PCL/keratin fibers also showed excellent mechanical properties such as Young&#39;s modulus and failure point. Fibroblast cells were able to attach and proliferate thus proving good cell viability. Based on the characteristics discussed above, we can strongly argue that the blended nanofibers of natural and synthetic polymers can represent an excellent development of composite materials that can be used for different biomedical applications.

Electrospun nanofibers have a high surface area to weight ratio, excellent mechanical integrity, and support cell growth and proliferation. These nanofibers have a wide range of biomedical applications. Here we fabricate keratin/ PCL nanofibers, using the electrospinning technique, and characterize the fibers for possible applications in tissue engineering.

التوليف من ألياف نانوية أساس كيراتين للهندسة الطبية الحيوية

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of ...

Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the optical window where biological samples are most transparent. Here, we outline techniques to adsorb amphiphilic polymers and polynucleic acids onto the surface of SWNTs to engineer their corona phases and create novel molecular sensors for small molecules and proteins. These functionalized SWNT sensors are both biocompatible and stable. Polymers are adsorbed onto the nanotube surface either by direct sonication of SWNTs and polymer or by suspending SWNTs using a surfactant followed by dialysis with polymer. The fluorescence emission, stability, and response of these sensors to target analytes are confirmed using absorbance and near-infrared fluorescence spectroscopy. Furthermore, we demonstrate surface immobilization of the sensors onto glass slides to enable single-molecule fluorescence microscopy to characterize polymer adsorption and analyte binding kinetics.

We present a protocol for engineering the corona phase of near infrared fluorescent single walled carbon nanotubes (SWNTs) using amphiphilic polymers and DNA to develop sensors for molecular targets without known recognition elements.

الاعتراف الجزيئية والهندسة مع البوليمرات الحيوية المحاكاة على واحدة المسورة الكربون الأنابيب النانومترية

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the ...

Targeted Plasma Membrane Delivery of a Hydrophobic Cargo Encapsulated in a Liquid Crystal Nanoparticle Carrier

The controlled delivery of drug/imaging agents to cells is critical for the development of therapeutics and for the study of cellular signaling processes. Recently, nanoparticles (NPs) have shown significant promise in the development of such delivery systems. Here, a liquid crystal NP (LCNP)-based delivery system has been employed for the controlled delivery of a water-insoluble dye, 3,3&#8242;-dioctadecyloxacarbocyanine perchlorate (DiO), from within the NP core to the hydrophobic region of a plasma membrane bilayer. During the synthesis of the NPs, the dye was efficiently incorporated into the hydrophobic LCNP core, as confirmed by multiple spectroscopic analyses. Conjugation of a PEGylated cholesterol derivative to the NP surface (DiO-LCNP-PEG-Chol) enabled the binding of the dye-loaded NPs to the plasma membrane in HEK 293T/17 cells. Time-resolved laser scanning confocal microscopy and F&#246;rster resonance energy transfer (FRET) imaging confirmed the passive efflux of DiO from the LCNP core and its insertion into the plasma membrane bilayer. Finally, the delivery of DiO as a LCNP-PEG-Chol attenuated the cytotoxicity of DiO; the NP form of DiO exhibited ~30-40% less toxicity compared to DiOfree delivered from bulk solution. This approach demonstrates the utility of the LCNP platform as an efficient modality for the membrane-specific delivery and modulation of hydrophobic molecular cargos.

A liquid crystal nanoparticle (LCNP) nanocarrier is exploited as a vehicle for the controlled delivery of a hydrophobic cargo to the plasma membrane of living cells.

استهدفت البلازما غشاء تسليم ومسعور الشحن مغلف في الكريستال السائل الجسيمات النانوية الناقل

The controlled delivery of drug/imaging agents to cells is critical for the development of therapeutics and for the study of cellular signaling processes. ...

DNA Nanotubes as a Versatile Tool to Study Semiflexible Polymers

Mechanical properties of complex, polymer-based soft matter, such as cells or biopolymer networks, can be understood in neither the classical frame of flexible polymers nor of rigid rods. Underlying filaments remain outstretched due to their non-vanishing backbone stiffness, which is quantified via the persistence length (lp), but they are also subject to strong thermal fluctuations. Their finite bending stiffness leads to unique, non-trivial collective mechanics of bulk networks, enabling the formation of stable scaffolds at low volume fractions while providing large mesh sizes. This underlying principle is prevalent in nature (e.g., in cells or tissues), minimizing the high molecular content and thereby facilitating diffusive or active transport. Due to their biological implications and potential technological applications in biocompatible hydrogels, semiflexible polymers have been subject to considerable study. However, comprehensible investigations remained challenging since they relied on natural polymers, such as actin filaments, which are not freely tunable. Despite these limitations and due to the lack of synthetic, mechanically tunable, and semiflexible polymers, actin filaments were established as the common model system. A major limitation is that the central quantity lp cannot be freely tuned to study its impact on macroscopic bulk structures. This limitation was resolved by employing structurally programmable DNA nanotubes, enabling controlled alteration of the filament stiffness. They are formed through tile-based designs, where a discrete set of partially complementary strands hybridize in a ring structure with a discrete circumference. These rings feature sticky ends, enabling the effective polymerization into filaments several microns in length, and display similar polymerization kinetics as natural biopolymers. Due to their programmable mechanics, these tubes are versatile, novel tools to study the impact of lp on the single-molecule as well as the bulk scale. In contrast to actin filaments, they remain stable over weeks, without notable degeneration, and their handling is comparably straightforward.

Semiflexible polymers display unique mechanical properties that are extensively applied by living systems. However, systematic studies on biopolymers are limited since properties such as polymer rigidity are inaccessible. This manuscript describes how this limitation is circumvented by programmable DNA nanotubes, enabling experimental studies on the impact of filament rigidity.

النانومترية الحمض النووي كأداة مرنة لدراسة البوليمرات سيميفليكسيبلي

Mechanical properties of complex, polymer-based soft matter, such as cells or biopolymer networks, can be understood in neither the classical frame of ...

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology with great potential for biomedical applications. The technique facilitates the direct deposition of biocompatible polymer fibers to fabricate well-ordered scaffolds in the sub-micron to micro scale range. The establishment of a stable, viscoelastic, polymer jet between a spinneret and a collector is achieved using an applied voltage and can be direct-written. A significant benefit of a typical porous scaffold is a high surface-to-volume ratio which provides increased effective adhesion sites for cell attachment and growth. Controlling the printing process by fine-tuning the system parameters enables high reproducibility in the quality of the printed scaffolds. It also provides a flexible manufacturing platform for users to tailor the morphological structures of the scaffolds to their specific requirements. For this purpose, we present a protocol to obtain different fiber diameters using melt electrospinning writing (MEW) with a guided amendment of the parameters, including flow rate, voltage and collection speed. Furthermore, we demonstrate how to optimize the jet, discuss often experienced technical challenges, explain troubleshooting techniques and showcase a wide range of printable scaffold architectures.

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&amp;#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

This protocol serves as a comprehensive guideline to fabricate scaffolds via electrospinning with polymer melts in a direct writing mode. We systematically outline the process and define the appropriate parameter settings for achieving targeted scaffold architectures.

تذوب الكتابة اليكتروسبينينج من السقالات Poly(ε-caprolactone) ثلاثي الأبعاد مع مورفولوجيس يمكن السيطرة عليها لتطبيقات هندسة الأنسجة

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...

Microhoneycomb Monoliths Prepared by the Unidirectional Freeze-drying of Cellulose Nanofiber Based Sols: Method and Extensions

Monolithic honeycomb structures have been attractive to multidisciplinary fields due to their high strength-to-weight ratio. Particularly, microhoneycomb monoliths (MHMs) with micrometer-scale channels are expected as efficient platforms for reactions and separations because of their large surface areas. Up to now, MHMs have been prepared by a unidirectional freeze-drying (UDF) method only from very limited precursors. Herein, we report a protocol from which a series of MHMs consisting of different components can be obtained. Recently, we found that cellulose nanofibers function as a distinct structure-directing agent towards the formation of MHMs through the UDF process. By mixing the cellulose nanofibers with water soluble substances which do not yield MHMs, a variety of composite MHMs can be prepared. This significantly enriches the chemical constitution of MHMs towards versatile applications.

Here, we present a general protocol to prepare a variety of microhoneycomb monoliths (MHMs) in which fluid can pass through with an extremely low pressure drop. MHMs obtained are expected to be used as filters, catalyst supports, flow-type electrodes, sensors and scaffolds for biomaterials.

كتل ميكروهونيكومب أعده التجميد أحادي الاتجاه من السليلوز نانوفيبير على أساس الأراضي: الأسلوب وملحقات

Monolithic honeycomb structures have been attractive to multidisciplinary fields due to their high strength-to-weight ratio. Particularly, microhoneycomb ...

Synthesis of Multi-walled Carbon Nanotubes Modified with Silver Nanoparticles and Evaluation of Their Antibacterial Activities and Cytotoxic Properties

In this study, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were treated with an aqueous sulfuric acid solution to form an oxygen-based functional group. Silver MWCNTs were prepared by the reductive deposition of silver from an aqueous solution of AgNO3 on the oxidized MWCNTs. Given the unique color of the CNTs, it was not possible to apply them to the minimum inhibitory concentration or mitochondrial toxicity assays to evaluate the toxicity and antibacterial properties, since they would interfere with the assays. The inhibition zone and minimum bactericidal concentration for the Ag-MWCNTs were measured and Live/Dead and Trypan Blue assays were used to measure the toxicity and antibacterial properties without interfering with the color of the CNTs.

In this study, antimicrobial nanomaterials were synthesized by acidic oxidation of multiwalled carbon nanotubes and subsequent reductive deposition of silver nanoparticles. Antimicrobial activity and cytotoxicity tests were performed with the as-prepared nanomaterials.

توليف للأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران تعديل مع جسيمات فضة نانوية وتقييم الخصائص السامة للخلايا والأنشطة المضادة للبكتيريا

In this study, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were treated with an aqueous sulfuric acid solution to form an oxygen-based functional group. Silver ...