Questo lavoro è stato sostenuto da un NSF CARRIERA Premio n ° 0.954.345.

1. CVD Sintesi di azoto drogati Coppe nanotubi di carbonio (NCNCs) NCNCs stati sintetizzati impiegando tecnica di deposizione di vapore chimico (CVD) sul substrato di quarzo utilizzando precursori liquidi (Figura 1A). <ol><li> Posizionare un lungo tubo di quarzo 3 ft 2,5 cm (id) in una Lindberg / Blu tubo forno come la camera di reazione. Posizionare una lastra di quarzo (1 &quot;× 12&quot;) all&#39;interno del tubo come substrato per la raccolta del prodotto. Sigillare il tubo di quarzo che utilizza capsule in acciaio inossidabile in casa con built-in e delle connessioni gas / tubi iniezione di liquido. </li><li> Fare una soluzione di precursore liquido contenente 0,75% in peso di ferrocene, il 10% in peso di acetonitrile e 89,25% in peso di xileni. Prima che la crescita, disegnare circa 5 ml di precursore liquido in un gas siringa tenuta collegata all&#39;ingresso del tubo di quarzo. Posizionare la siringa su una pompa a siringa. </li><li> Assemblare il sistema cardiovascolare. Collegare tutte ingresso del gas e di uscita. Flusso di Ar (845 SCCM) per spurgare il sistema cardiovascolare e il controllo delle perdite noiing Snoop rilevatore di perdite di liquido. Dopo lo spurgo per 20 min, attivare H 2. Impostare la portata di H 2-37,5 sccm e Ar a 127 sccm. Accendere il forno. Impostare la temperatura del forno a 800 ° C e attendere fino a che è stabile a 800 ° C. </li><li> Utilizzare la pompa a siringa per iniettare il precursore liquido nel tubo di quarzo. Impostare la velocità di iniezione a 9 ml / h per 6 minuti per riempire il volume morto del tubo dell&#39;iniettore. Poi abbassare il tasso di iniezione di 1 ml / h per la crescita di NCNCs. Dopo 90 min di crescita, spegnere la pompa a siringa e H 2 flusso di gas, e di spegnere il forno. Mantenere Ar scorre a mantenere un&#39;atmosfera inerte finché la fornace è stata raffreddata a RT. </li><li> Scollegare tutti gli ingressi e le uscite del gas, e il sistema di iniezione. Smontare il sistema CVD e prendere la piastra di quarzo fuori. Utilizzare una lama di rasoio unilaterale di rimuovere la pellicola NCNCs dalla piastra di quarzo. Disperdere il prodotto raccolto in etanolo. Protezione respiratoria è necessaria per evitare abaling eventuali materiali di carbonio se il lavoro è condotto al di fuori della cappa aspirante. </li></ol> 2. Ossidazione di NCNCs As-sintetizzate da una miscela di acidi <ol><li> Trasferire circa 10 mg di NCNCs as-sintetizzati in un pallone a fondo rotondo da 200 ml. Aggiungere 7,5 ml di concentrato HNO 3 al pallone. Brevemente sonicare il composto a bagnomaria per una migliore dispersione. Poi aggiungere 22,5 ml di H 2 SO 4 concentrato lentamente. (ATTENZIONE: la miscela acido forte è altamente corrosivo, maneggiare con cura questi acidi con protezione di sicurezza.) Sonicare la miscela di reazione in bagno d&#39;acqua a temperatura ambiente per 4 ore. </li><li> Diluire la miscela di reazione con 100 ml di acqua, mentre il raffreddamento in bagno di ghiaccio. Filtrare la miscela attraverso una membrana di politetrafluoroetilene (PTFE) avente pori di dimensioni di 220 nm usando un aspiratore acqua. </li><li> Lavare il materiale sulla membrana filtrante con 200 ml di soluzione di NaOH 0,01 M per rimuovere qualsiasi residuo di acido sottoprodotto. 18 Quindi lavarecon 200 ml di soluzione di HCl 0,01 M, seguito da acqua abbondante finché è stato raggiunto un pH neutro del filtrato. Disperdere il materiale risultante (ossidato NCNCs) in acqua (20 ml) mediante sonicazione. La sospensione risultato può essere conservato a temperatura ambiente per ulteriori esperimenti. </li></ol> 3. Separazione fisica dei NCNCs da Probe-tip Sonicazione <ol><li> Trasferire la sospensione di NCNCs ossidati in acqua per una tazza di plastica 100 ml posto in bagno di ghiaccio. Riempire il bicchiere di plastica fino alla tacca 50 ml con acqua. Impostare il sonicatore sonda-tip equipaggiato con un &quot;diametro titanio microtip 1/4 al 60% magnitudo massima (12 W). Immergere la microtip al centro della soluzione e poi processo per 12 ore con 30 sec on / off intervallo. Change il ghiaccio ogni 30 min per evitare il surriscaldamento. </li><li> Fermare la sonicazione. Filtrare la sospensione NCNC 220 nm attraverso un poro di dimensioni PTFE filtro a membrana per rimuovere eventuali particelle di grandi dimensioni. I campioni NCNC risultante può essere negozio a temperatura ambiente per ulteriori applicazioni. </li&gt; <li> (Opzionale) Come esperimento confronto, disperdere un altro campione di NCNCs come-sintetizzati in DMF e sonicare direttamente la sospensione con sonda a punta sonicazione per 12 ore con le stesse impostazioni di cui sopra. </li></ol> 4. Analisi quantitativa di Amine gruppi funzionali sulle NCNCs da Kaiser test <ol><li> Preparare il reagente A: miscela 1 g di fenolo e 250 pl di EtOH in 2,5 ml di piridina, aggiungere 50 ml di 0,01 M hydrindantin in H 2 O alla miscela. Preparare il reagente B: sciogliere ninidrina (50 mg) in 1 ml di EtOH. </li><li> Pesato i campioni NCNCs (~ 0,5 mg) in una microbilancia e disperderli in 1 ml di 3:2 EtOH / acqua in piccole provette. Aggiungere 100 ml di Reagente A e 25 ml di reagente B per la sospensione del campione. Sigillare le provette con parafilms e scaldare la miscela a 100 ° C in bagno d&#39;olio per 10 min. Filtrare il campione attraverso un filtro a siringa per rimuovere particelle solide e raccogliere il filtrato soluzione. </li><li> Prendete gli spettri visibili sul filtrarsi per analisi colorimetrica con il campione in bianco fatta nello stesso processo senza aggiungere NCNCs. Registrare l&#39;assorbanza del picco centrato a 570 nm e calcolare i carichi di ammine secondo la legge di Lambert-Beer. </li></ol> 5. Funzionalizzazione di NCNCs con PNL <ol><li> Sonicazione 4 ml di sospensione acquosa contenente NCNCs separati (0,01 mg / ml) utilizzando un sonicatore bagnomaria per 5 minuti per ottenere una dispersione uniforme. </li><li> Aggiungere 1 ml di soluzione acquosa HAuCl4 (1 mg / ml) alla sospensione NCNC durante sonicazione. Aggiungere quindi 250 ml di 1% in peso di citrato trisodico acquosa soluzione goccia a goccia. Agitare vigorosamente la miscela di reazione era a 70 ° C su una piastra calda per 2 h. </li><li> Centrifugare la miscela di reazione a 3.400 rpm per 15 min. Raccogliere i NCNCs funzionalizzati con PNL nel precipitato e lavare con acqua per centrifugazione. Disperdere il precipitato in acqua (4 ml). </li></ol>

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	<li>Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemistry+of+carbon+nanotubes.">Chemistry of carbon nanotubes.</a> Chem. Rev. 106 (3), 1105-1136 (2006).</li><li>Hilder, T. A., Hill, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+the+loading+and+unloading+of+drugs+into+nanotubes.">Modeling the loading and unloading of drugs into nanotubes.</a> Small. 5 (3), 300-308 (2009).</li><li>Shvedova, A. A., Kisin, E. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unusual+inflammatory+and+fibrogenic+pulmonary+responses+to+single-walled+carbon+nanotubes+in+mice.">Unusual inflammatory and fibrogenic pulmonary responses to single-walled carbon nanotubes in mice.</a> American Journal of Physiology - Lung Cellular and Molecular Physiology. 289 (5), L698-L708 (2005).</li><li>Jia, G., Wang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytotoxicity+of+carbon+nanomaterials:+Single-wall+nanotube,+multi-wall+nanotube,+and+fullerene.">Cytotoxicity of carbon nanomaterials: Single-wall nanotube, multi-wall nanotube, and fullerene.</a> Environmental Science &amp; Technology. 39 (5), 1378-1383 (2005).</li><li>Carrero-S&#225;nchez, J. C., El&#237;as, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biocompatibility+and+toxicological+studies+of+carbon+nanotubes+doped+with+nitrogen.">Biocompatibility and toxicological studies of carbon nanotubes doped with nitrogen.</a> Nano Lett. 6 (8), 1609-1616 (2006).</li><li>Zhao, M. L., Li, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differences+in+cytocompatibility+and+hemocompatibility+between+carbon+nanotubes+and+nitrogen-doped+carbon+nanotubes.">Differences in cytocompatibility and hemocompatibility between carbon nanotubes and nitrogen-doped carbon nanotubes.</a> Carbon. 49 (9), 3125-3133 (2011).</li><li>Allen, B. L., Kichambare, P. D., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis,+characterization,+and+manipulation+of+nitrogen-doped+carbon+nanotube+cups.">Synthesis, characterization, and manipulation of nitrogen-doped carbon nanotube cups.</a> ACS Nano. 2 (9), 1914-1920 (2008).</li><li>Zhao, Y., Tang, Y., Chen, Y., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corking+carbon+nanotube+cups+with+gold+nanoparticles.">Corking carbon nanotube cups with gold nanoparticles.</a> ACS Nano. 6 (8), 6912-6921 (2012).</li><li>Stephan, O., Ajayan, P. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Doping+graphitic+and+carbon+nanotube+structures+with+boron+and+nitrogen.">Doping graphitic and carbon nanotube structures with boron and nitrogen.</a> Science. 266 (5191), 1683-1685 (1994).</li><li>Suenaga, K., Johansson, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nitride+nanotubulite+-+densely-packed+and+well-aligned+tubular+nanostructures.">Carbon nitride nanotubulite - densely-packed and well-aligned tubular nanostructures.</a> Chem. Phys. Lett. 300 (5-6), 695-700 (1999).</li><li>Chen, H., Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synergism+of+C5N+six-membered+ring+and+vapor-liquid-solid+growth+of+CNx+nanotubes+with+pyridine+precursor.">Synergism of C5N six-membered ring and vapor-liquid-solid growth of CNx nanotubes with pyridine precursor.</a> J. Phys. Chem. B. 110 (33), 16422-16427 (2006).</li><li>Allen, B. L., Keddie, M. B., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+volumetric+parameters+of+nitrogen-doped+carbon+nanotube+cups.">Controlling the volumetric parameters of nitrogen-doped carbon nanotube cups.</a> Nanoscale. 2 (7), 1105-1108 (2010).</li><li>Liu, J., Rinzler, A. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fullerene+pipes.">Fullerene pipes.</a> Science. 280 (5367), 1253-1256 (1998).</li><li>Zhao, Y., Allen, B. L., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzymatic+degradation+of+multiwalled+carbon+nanotubes.">Enzymatic degradation of multiwalled carbon nanotubes.</a> J. Phys. Chem. A. 115 (34), 9536-9544 (2011).</li><li>Wang, Y., Bai, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-yield+preparation+of+individual+nitrogen-containing+carbon+nanobells.">High-yield preparation of individual nitrogen-containing carbon nanobells.</a> Mater. Lett. 63 (2), 206-208 (2009).</li><li>Heller, D. A., Mayrhofer, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concomitant+length+and+diameter+separation+of+single-walled+carbon+nanotubes.">Concomitant length and diameter separation of single-walled carbon nanotubes.</a> J. Am. Chem. Soc. 126 (44), 14567-14573 (2004).</li><li>Allen, B. L., Shade, C. M., Yingling, A. M., Petoud, S., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphitic+nanocapsules.">Graphitic nanocapsules.</a> Adv. Mater. 21 (46), 4692-4695 (2009).</li><li>Wang, Z., Shirley, M. D., Meikle, S. T., Whitby, R. L. D., Mikhalovsky, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+surface+acidity+of+acid+oxidised+multi-walled+carbon+nanotubes+and+the+influence+of+in-situ+generated+fulvic+acids+on+their+stability+in+aqueous+dispersions.">The surface acidity of acid oxidised multi-walled carbon nanotubes and the influence of in-situ generated fulvic acids on their stability in aqueous dispersions.</a> Carbon. 47 (1), 73-79 (2009).</li><li>Liu, H., Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+morphological+control+of+aligned+nitrogen-doped+carbon+nanotubes.">Structural and morphological control of aligned nitrogen-doped carbon nanotubes.</a> Carbon. 48 (5), 1498-1507 (2010).</li><li>Mandumpal, J., Gemming, S., Seifert, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Curvature+effects+of+nitrogen+on+graphitic+sheets:+structures+and+energetics.">Curvature effects of nitrogen on graphitic sheets: structures and energetics.</a> Chem. Phys. Lett. 447 (1-3), 115-120 (2007).</li></ol>

Gli autori dichiarano alcun interesse finanziario in competizione.

L&#39;obiettivo primario dei nostri esperimenti è stato quello di produrre efficacemente nanocups grafitiche dal CNT azoto drogati. Tuttavia, azoto-doping nella sintesi CVD non garantisce la formazione della struttura a tazza impilati. A seconda della composizione chimica del precursore e di altre condizioni di crescita, la morfologia del prodotto dato può variare molto. 19 La concentrazione della fonte di azoto è il fattore principale che influenza la struttura perché i risultati dalla struttura comparti...

Con le loro cavità interne inerenti e la chimica di superficie versatile, nanomateriali cave a base di carbonio, come i nanotubi di carbonio (CNT), sono considerati buoni nanocarriers nelle applicazioni di consegna della droga. 1,2 Tuttavia, la struttura fibrillare del CNT incontaminate ha piuttosto inaccessibile cava interni e possono causare una risposta infiammatoria grave ed effetti citotossici nei sistemi biologici. 3,4 CNT Azoto-drogati, d&#39;altra parte, sono stati trovati in possesso di biocompatibilità superiore non drogato nanotubi di carbonio multiwalled (MWCNT) 5,6 e possono avere una migliore droga prestazioni di consegna. Doping di atomi di azoto nei nanotubi reticoli grafitiche risultati in una struttura cava compartmented simile tazze impilate che possono essere separati fuori per ottenere le singole tazze di nanotubi di carbonio-azoto drogate (NCNCs) con lunghezza tipica meno di 200 nm. 7,8 Con i loro interni accessibili e funzionalità di azoto che permettono un&#39;ulteriore chimicafunzionalizzazione, queste coppe individuali grafitiche sono estremamente vantaggiosa per le applicazioni di consegna della droga. Tra i diversi metodi sintetici per azoto drogati CNT compresi arc-scarico 9 e dc magnetron sputtering, deposizione di vapore chimico 10 (CVD) è il metodo più diffuso a causa di diversi vantaggi come la resa più elevata e più facile controllo sulle condizioni di crescita di nanotubi. Il meccanismo di crescita vapore-liquido-solido (VLS) è comunemente impiegato per comprendere il processo di crescita CVD di CNT azoto drogati. 11 Generalmente ci sono due differenti schemi di usare semi metallo catalizzatore nella crescita. Nello schema &quot;letto fisso&quot;, le nanoparticelle di ferro con dimensioni definite sono stati sintetizzati dalla decomposizione termica di pentacarbonile ferro e poi piastrati su vetrini quarzo da spin coating per la successiva crescita CVD. 12 Nello schema &quot;galleggiante catalizzatore&quot;, catalizzatore di ferro (in genere ferrocene) è stato miscelato e iniettato con carbonio ed nprecursori itrogen, e la decomposizione termica di ferrocene fornito generazione in situ di nanoparticelle catalitiche ferro su cui sono stati depositati il carbonio e precursori di azoto. Mentre catalizzatore a letto fisso fornisce un migliore controllo dimensioni negli NCNCs derivano, la resa del prodotto è tipicamente inferiore (&lt;1 mg) rispetto al regime catalizzatore galleggiante (&gt; 5 mg) per la stessa quantità di tempo e precursore crescita. Poiché il regime catalizzatore galleggiante fornisce anche distribuzione di dimensione abbastanza uniforme di NCNCs, è stato adottato in questo lavoro per CVD sintesi di NCNCs. Metodo CVD permette NCNCs come di sintesi che presentano fibrille morfologia fatta di tante tazze impilate. Anche se non c&#39;è legame chimico tra coppe adiacenti, 8 sfide rimangono in un efficace isolamento delle singole coppe, perché sono saldamente inseriti l&#39;uno nelle cavità e detenute da molteplici interazioni non covalenti e uno strato esterno di carbonio amorfo. 8 AtteMPTS per separare le tazze impilate includono sia approcci chimici e fisici. Mentre i trattamenti di ossidazione in una miscela di acidi forti è una procedura tipica per tagliare CNT e introdurre funzionalità ossigeno, 13,14 può anche essere applicato a tagliare NCNCs in sezioni più brevi. Microonde procedure di incisione al plasma hanno anche dimostrato di separare le NCNCs 15. Rispetto agli approcci chimici, la separazione fisica è più semplice. Il nostro studio precedente ha mostrato che con la semplice rettifica con un mortaio e pestello singoli NCNCs può essere parzialmente isolato dalla loro struttura impilata. 7 Inoltre, ad alta intensità di sonda-tip sonicazione, che è stato segnalato per ridurre efficacemente i nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNTs) , 16 è stato anche dimostrato di avere un effetto significativo sulla separazione dei NCNCs. 8 La sonicazione sonda a punta offre una potenza ad alta intensità di ultrasuoni per la soluzione NCNC che essenzialmente &quot;scuote&quot; le tazze impilate e distrugge i deboli InteraZIONI che tengono le tazze insieme. Mentre altri potenziali metodi di separazione sono o inefficaci o distruttivo per la struttura di coppa, la sonda a punta sonicazione fornisce una altamente efficace, economicamente efficiente e meno distruttivo metodo di separazione fisica per ottenere singole coppe grafite. Il come-sintetizzato fibrille NCNCs sono stati trattati prima in H 2 SO 4 concentrato / HNO 3 miscela di acidi prima della loro separazione con sonda a punta sonicazione. Le NCNCs separati risultanti erano altamente idrofilo ed efficacemente dispersi in acqua. Abbiamo precedentemente identificato funzionalità di azoto, come gruppi amminici sulla NCNCs e utilizzato la loro reattività chimica per NCNCs funzionalizzazione. 7,8,17 Rispetto al nostro metodo riportato in precedenza di tappatura NCNCs con nanoparticelle commerciali, 8 in questo lavoro, le nanoparticelle d&#39;oro (PNL) sono stati efficacemente ancorata alla superficie delle coppe per riduzione citrato da acido chloroauric. A causa dila distribuzione preferenziale delle funzionalità di azoto sul aperta cerchi di NCNCs, PNL sintetizzati in situ dai precursori oro tendevano ad avere una migliore interazione con l&#39;Open cerchi e forma PNL &quot;tappi&quot; sulle coppe. Tale sintesi e metodi di funzionalizzazione hanno portato ad un romanzo PNL NCNC ibrido nanomateriale per potenziali applicazioni come vettori di consegna della droga.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Reagent Name</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalogue Number</td>
 <td>Comment</td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>Reagents</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>H2</td>
 <td>Valley National Gases</td>
 <td>Grade 5.0</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ar</td>
 <td>Valley National Gases</td>
 <td>Grade 5.0</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ferrocene</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>F408-500G</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Xylenes</td>
 <td>Fisher Scientific</td>
 <td>X5-500</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Acetonitrile</td>
 <td>EMD</td>
 <td>AXO149-6</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>H2SO4</td>
 <td>Fisher Scientific</td>
 <td>A300-500</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>HNO3</td>
 <td>EMD</td>
 <td>NX0409-2</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>DMF</td>
 <td>Fisher Scientific</td>
 <td>D119-500</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ethanol</td>
 <td>Decon</td>
 <td>2716</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Phenol</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>P1037-100G</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Pyridine</td>
 <td>EMD</td>
 <td>PX2020-6</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Hydridantin</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>H2003-10G</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ninhydrin </td>
 <td>Alfa Aesar</td>
 <td>43846</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>HAuCl4</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>52918-1G</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sodium Citrate</td>
 <td>SAFC</td>
 <td>W302600</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>Equipment</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>CVD Furnace</td>
 <td>Lindberg/Blue</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>TEM (low-resolution)</td>
 <td>FEI Morgagni</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>TEM (high-resolution)</td>
 <td>JOEL</td>
 <td>2100F</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Probe-tip Sonicator</td>
 <td>Qsonica</td>
 <td>XL-2000</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>UV-Vis Spectrometer</td>
 <td>Perkin-Elmer</td>
 <td>Lambda 900</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Zeta Potential Analyzer</td>
 <td>Brookheaven</td>
 <td>ZetaPlus</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>EDX spectroscopy</td>
 <td>Phillips</td>
 <td>XL30 FEG</td>
 <td></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

synthesis and functionalization of nitrogen-doped carbon nanotube cups with gold nanoparticles as cork stoppers

Nanotubi di carbonio Azoto drogati sono costituiti da molti scomparti grafite a forma di coppa definito come azoto drogati tazze di nanotubi di carbonio (NCNCs). Questi nanocups grafitiche come-sintetizzati dal metodo di deposizione chimica da vapore (CVD) sono stati accatastati in maniera testa-coda tenuto solo attraverso interazioni non covalenti. NCNCs individuali possono essere isolati dalla loro struttura di impilamento attraverso una serie di processi di separazione chimica e fisica. Prima, come NCNCs-sintetizzati sono stati ossidati in una miscela di acidi forti per introdurre difetti contenenti ossigeno alle pareti grafitico. I NCNCs ossidate sono stati elaborati utilizzando ad alta intensità sonda a punta sonicazione che di fatto separa le NCNCs impilati in singole nanocups grafite. A causa della loro abbondante ossigeno e azoto funzionalità superficiali, le singole NCNCs portato sono altamente idrofili e possono essere efficacemente funzionalizzati con nanoparticelle di oro (PNL), che preferenzialmente adattano nell&#39;aperturadelle coppe come tappi di sughero. Questi nanocups grafitiche tappato con PNL possono trovare applicazioni promettenti come contenitori nanoscala e dei vettori di droga.

Le NCNCs come-sintetizzati dalla crescita CVD è apparso come un tappeto di materiale nero su substrato di quarzo. Film spessi di NCNCs peso di circa parecchi mg sono stati ottenuti mediante pelatura con una lama di rasoio (Figura 1B). Immagini TEM mostrano la morfologia di NCNCs come-sintetizzati a diversi ingrandimenti (Figura 1). Alla ingrandimento minore (Figura 1C), le NCNCs-sintetizzati come tutti mostravano una struttura fibrillare con lunghezze tipicamente diver...

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Synthesis and Functionalization of Nitrogen-doped Carbon Nanotube Cups with Gold Nanoparticles as Cork Stoppers

Abbiamo discusso la sintesi dei singoli nanocups grafitici utilizzando una serie di tecniche tra cui la deposizione di vapore chimico, l&#39;ossidazione degli acidi e sonda-tip sonicazione. Con la riduzione citrato di HAuCl<sub&gt; 4</sub&gt;, I nanocups graphitic erano efficacemente tappate con oro nanoparticelle dovuta ai bordi chimicamente reattivi delle coppe.

Sintesi e funzionalizzazione di azoto drogati Coppe nanotubi di carbonio con nanoparticelle di oro come tappi di sughero

Nitrogen-doped carbon  nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as  nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs).  These ...

synthesis-functionalization-nitrogen-doped-carbon-nanotube-cups-with

Research

JoVE Journal

Engineering

22.7K Views.  University of Pittsburgh. Abbiamo discusso la sintesi dei singoli nanocups grafitici utilizzando una serie di tecniche tra cui la deposizione di vapore chimico, l'ossidazione degli acidi e sonda-tip sonicazione. Con la riduzione citrato di HAuCl 4, I nanocups graphitic erano efficacemente tappate con oro nanoparticelle dovuta ai bordi chimicamente reattivi delle coppe.

Video: Synthesis and Functionalization of Nitrogen-doped Carbon Nanotube Cups with Gold Nanoparticles as Cork Stoppers

Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip devices, and their applications. In particular, capabilities for cost-effective fabrication of polymer microstructures were transformed by the advent of soft lithography and other micromolding techniques 1, 2, and this led a revolution in applications of microfabrication to biomedical engineering and biology. Nevertheless, it remains challenging to fabricate microstructures with well-defined nanoscale surface textures, and to fabricate arbitrary 3D shapes at the micro-scale. Robustness of master molds and maintenance of shape integrity is especially important to achieve high fidelity replication of complex structures and preserving their nanoscale surface texture. The combination of hierarchical textures, and heterogeneous shapes, is a profound challenge to existing microfabrication methods that largely rely upon top-down etching using fixed mask templates. On the other hand, the bottom-up synthesis of nanostructures such as nanotubes and nanowires can offer new capabilities to microfabrication, in particular by taking advantage of the collective self-organization of nanostructures, and local control of their growth behavior with respect to microfabricated patterns. 
Our goal is to introduce vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), which we refer to as CNT "forests", as a new microfabrication material. We present details of a suite of related methods recently developed by our group: fabrication of CNT forest microstructures by thermal CVD from lithographically patterned catalyst thin films; self-directed elastocapillary densification of CNT microstructures; and replica molding of polymer microstructures using CNT composite master molds. In particular, our work shows that self-directed capillary densification ("capillary forming"), which is performed by condensation of a solvent onto the substrate with CNT microstructures, significantly increases the packing density of CNTs. This process enables directed transformation of vertical CNT microstructures into straight, inclined, and twisted shapes, which have robust mechanical properties exceeding those of typical microfabrication polymers. This in turn enables formation of nanocomposite CNT master molds by capillary-driven infiltration of polymers. The replica structures exhibit the anisotropic nanoscale texture of the aligned CNTs, and can have walls with sub-micron thickness and aspect ratios exceeding 50:1. Integration of CNT microstructures in fabrication offers further opportunity to exploit the electrical and thermal properties of CNTs, and diverse capabilities for chemical and biochemical functionalization 3.

We present methods for fabrication of patterned microstructures of vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), and their use as master molds for production of polymer microstructures with organized nanoscale surface texture. The CNT forests are densified by condensation of solvent onto the substrate, which significantly increases their packing density and enables self-directed formation of 3D shapes.

Molding Fabrication, densificazione e Replica di microstrutture 3D Nanotubi di carbonio

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

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Dry Oxidation and Vacuum Annealing Treatments for Tuning the Wetting Properties of Carbon Nanotube Arrays

In this article, we describe a simple method to reversibly tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays. Here, CNT arrays are defined as densely packed multi-walled carbon nanotubes oriented perpendicular to the growth substrate as a result of a growth process by the standard thermal chemical vapor deposition (CVD) technique.1,2 These CNT arrays are then exposed to vacuum annealing treatment to make them more hydrophobic or to dry oxidation treatment to render them more hydrophilic. The hydrophobic CNT arrays can be turned hydrophilic by exposing them to dry oxidation treatment, while the hydrophilic CNT arrays can be turned hydrophobic by exposing them to vacuum annealing treatment. Using a combination of both treatments, CNT arrays can be repeatedly switched between hydrophilic and hydrophobic.2 Therefore, such combination show a very high potential in many industrial and consumer applications, including drug delivery system and high power density supercapacitors.3-5
The key to vary the wettability of CNT arrays is to control the surface concentration of oxygen adsorbates. Basically oxygen adsorbates can be introduced by exposing the CNT arrays to any oxidation treatment. Here we use dry oxidation treatments, such as oxygen plasma and UV/ozone, to functionalize the surface of CNT with oxygenated functional groups. These oxygenated functional groups allow hydrogen bond between the surface of CNT and water molecules to form, rendering the CNT hydrophilic. To turn them hydrophobic, adsorbed oxygen must be removed from the surface of CNT. Here we employ vacuum annealing treatment to induce oxygen desorption process. CNT arrays with extremely low surface concentration of oxygen adsorbates exhibit a superhydrophobic behavior.

This article describes a simple method to fabricate vertically aligned carbon nanotube arrays by CVD and to subsequently tune their wetting properties by exposing them to vacuum annealing or dry oxidation treatment.

Ossidazione a secco e vuoto ricottura Trattamenti per accordare le proprietà di bagnabilità di matrici di nanotubi di carbonio

In this article, we describe a simple method to reversibly  tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays.  Here, CNT ...

Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two solution-processed polymeric cells connected in parallel by a transparent carbon nanotubes (CNT) interlayer. This structure includes improvements in fabrication techniques for tandem OPV devices. First the need for ambient-processed cathodes is considered. The CNT anode in the tandem device is tuned via ionic gating to become a common cathode. Ionic gating employs electric double layer charging to lower the work function of the CNT electrode. Secondly, the difficulty of sequentially stacking tandem layers by solution-processing is addressed. The devices are fabricated via solution and dry-lamination in ambient conditions with parallel processing steps. The method of fabricating the individual polymeric cells, the steps needed to laminate them together with a common CNT cathode, and then provide some representative results are described. These results demonstrate ionic gating of the CNT electrode to create a common cathode and addition of current and efficiency as a result of the lamination procedure.

A method of fabricating, in ambient conditions, organic photovoltaic tandem devices in a parallel configuration is presented. These devices feature an air-processed, semi-transparent, carbon nanotube common cathode.

Metodo ambiente per la produzione di un ionicamente Gated Nanotubi di carbonio catodo comune in celle solari tandem Organic

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

Synthesis and Functionalization of 3D Nano-graphene Materials: Graphene Aerogels and Graphene Macro Assemblies

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. Additionally, most reported graphene assemblies are held together through physical interactions (e.g., van der Waals forces) rather than chemical bonds, which limit their mechanical strength and conductivity. This video method details recently developed strategies to fabricate mass-producible, graphene-based bulk materials derived from either polymer foams or single layer graphene oxide. These materials consist primarily of individual graphene sheets connected through covalently bound carbon linkers. They maintain the favorable properties of graphene such as high surface area and high electrical and thermal conductivity, combined with tunable pore morphology and exceptional mechanical strength and elasticity. This flexible synthetic method can be extended to the fabrication of polymer/carbon nanotube (CNT) and polymer/graphene oxide (GO) composite materials. Furthermore, additional post-synthetic functionalization with anthraquinone is described, which enables a dramatic increase in charge storage performance in supercapacitor applications.

This video method describes the synthesis of high surface area, monolithic 3D graphene-based materials derived from polymer precursors as well as single layer graphene oxide.

Sintesi e funzionalizzazione di 3D Materials Nano-grafene: grafene Aerogels e grafene Assemblee Macro

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. ...

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-&#954; dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.

A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.

Fabbricazione di bassa temperatura Nanotubi di carbonio interconnessioni verticali Compatibile con la tecnologia Semiconductor

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with sufficient heavy metal adsorption capacity. To this end, blast furnace slag, a residue from iron-making, is utilized as the starting material. Calcium is selectively extracted from the slag by leaching with acetic acid (2 M CH3COOH) as the extraction agent. The filtered leachate is subsequently physico-chemically purified and then carbonated to form precipitated calcium carbonate (PCC) of high purity (&lt;2 wt% non-calcium impurities, according to ICP-MS analysis). Sodium hydroxide is added to neutralize the regenerated acetate. The morphological properties of the resulting calcitic PCC are tuned for its potential application as a filler in papermaking. In parallel, the residual solids from the extraction stage are subjected to hydrothermal conversion in a caustic solution (2 M NaOH) that leads to the predominant formation of a particular zeolitic mineral phase (detected by XRD), namely analcime (NaAlSi2O6&#8729;H2O). Based on its ability to adsorb Ni2+, as reported from batch adsorption experiments and ICP-OES analysis, this product can potentially be used in wastewater treatment or for environmental remediation applications.

A protocol for the parallel production of precipitated calcium carbonate and zeolitic material from blast furnace slag via mineral carbonation and alkaline hydrothermal conversion, respectively, is presented. The performance of the zeolitic material towards nickel adsorption is tested.

Bidirezionale Valorizzazione di scorie d&#39;altoforno: Sintesi di carbonato di calcio precipitato e zeolitici Heavy Metal Adsorbente

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with ...

Precision Milling of Carbon Nanotube Forests Using Low Pressure Scanning Electron Microscopy

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning electron microscope (ESEM) operating with a low pressure water vapor ambient. In this technique, a portion of the electron beam interacts with the water vapor in the vicinity of the CNT sample, dissociating the water molecules into hydroxyl radicals and other species by radiolysis. The remainder of the electron beam interacts with the CNT forest sample, making it susceptible to oxidation from the chemical products of radiolysis. This technique may be used to trim a selected region of an individual CNT, or it may be used to remove hundreds of cubic microns of material by adjusting ESEM parameters. The machining resolution is similar to the imaging resolution of the ESEM itself. The technique produces only small quantities of carbon residue along the boundaries of the cutting zone, with minimal effect on the native structural morphology of the CNT forest.

Low pressure scanning electron microscopy in a water vapor ambient is used to machine nanoscale to microscale features in carbon nanotube forests.

Precisione fresatura di Nanotubi di carbonio delle foreste Utilizzando bassa pressione Scanning Electron Microscopy

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning ...

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs within the interlayer space of semiconducting layered titania nanosheet (TNS) films was investigated here. Two types of intermediate films (i.e., TNS films containing methyl viologen (TNS/MV2+) and 2-ammoniumethanethiol (TNS/2-AET+)) were prepared. The two intermediate films were soaked in an aqueous tetrachloroauric(III) acid (HAuCl4) solution, whereby considerable amounts of Au(III) species were accommodated within the interlayer spaces of the TNS films. The two types of obtained films were then soaked in an aqueous sodium tetrahydroborate (NaBH4) solution, whereupon the color of the films immediately changed from colorless to purple, suggesting the formation of AuNPs within the TNS interlayer. When only TNS/MV2+ was used as the intermediate film, the color of the film gradually changed from metallic purple to dusty purple within 30 min, suggesting that aggregation of AuNPs had occurred. In contrast, this color change was suppressed by using the TNS/2-AET+ intermediate film, and the AuNPs were stabilized for over 4 months, as evidenced by the characteristic extinction (absorption and scattering) band from the AuNPs.

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Here, we present a protocol for the in situ synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) within the interlayer space of layered titanate films without the aggregation of AuNPs. No spectral change was observed even after 4 months. The synthesized material has expected applications in catalysis, photo-catalysis, and the development of cost-effective plasmonic devices.

In Situ Sintesi di oro nanoparticelle senza aggregazione nel Interfalda spazio di Layered titanato pellicole trasparenti

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...

Controllable Nucleation of Cavitation from Plasmonic Gold Nanoparticles for Enhancing High Intensity Focused Ultrasound Applications

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) for the controllable nucleation of cavitation in tissue-mimicking gel phantoms. This in vitro protocol was developed to demonstrate the feasibility of this approach, for both enhancement of imaging and therapeutic applications for cancer. The same apparatus can be used for both imaging and therapeutic applications by varying the exposure duration of the HIFU system. For short duration exposures (10 &#181;s), broadband acoustic emissions were generated through the controlled nucleation of inertial cavitation around the gold nanoparticles. These emissions provide direct localization of nanoparticles. For future applications, these particles may be functionalized with molecular-targeting antibodies (e.g. anti-HER2 for breast cancer) and can provide precise localization of cancerous regions, complementing routine diagnostic ultrasound imaging. For continuous wave (CW) exposures, the cavitation activity was used to increase the localized heating from the HIFU exposures resulting in larger thermal damage in the gel phantoms. The acoustic emissions generated from inertial cavitation activity during these CW exposures was monitored using a passive cavitation detection (PCD) system to provide feedback of cavitation activity. Increased localized heating was only achieved through the unique combination of nanoparticles, laser light and HIFU. Further validation of this technique in pre-clinical models of cancer is necessary.

This protocol demonstrates the controllable nucleation of cavitation in gel phantoms, through simultaneous exposure to both near-infrared pulsed laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU). The cavitation activity can then be used for enhancing imaging and/or therapeutic uses of HIFU.

Nucleazione controllabile di cavitazione da nanoparticelle plasmoniche d'oro per l'aumento ad alta intensità focalizzato applicazioni ad ultrasuoni

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) ...

An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ion-selective removal of radioactive iodines. By using citrate-stabilized gold nanoparticles (mean diameter: 13 nm) and cellulose acetate membranes, gold nanoparticle-embedded cellulose acetate membranes (Au-CAM) have easily been fabricated. The nano-adsorbents on Au-CAM were highly stable in the presence of high concentration of inorganic salts and organic molecules. The iodide ions in aqueous solutions could rapidly be captured by this engineered membrane. Through a filtration process using an Au-CAM containing filter unit, excellent removal efficiency (&gt;99%) as well as ion-selective desalination result was achieved in a short time. Moreover, Au-CAM provided good reusability without significant decrease of its performances. These results suggested that the present technology using the engineered hybrid membrane will be a promising process for the large-scale decontamination of radioactive iodine from liquid wastes.

An efficient method for the rapid and ion-selective desalination of radioactive iodine in several aqueous solutions is described by using gold nanoparticles-immobilized cellulose acetate membrane filters.