JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Простой протокол для приготовления восстановленного оксида графена с использованием видимого света и плазмонных наночастиц описан.

Аннотация

Данная работа демонстрирует простой, химической бесплатно, быстро и энергоэффективное способ получения восстановленного оксида графена (г-GO) решение при комнатной температуре с использованием видимого излучения света с плазмонных наночастиц. Плазмонного наночастиц используется для повышения эффективности снижения ГО. Это займет всего 30 минут при комнатной температуре при освещении решения с Xe-лампы, R-GO решения могут быть получены путем полного удаления наночастицы золота с помощью простого стадии центрифугирования. Сферические золотые наночастицы (AuNPs) по сравнению с другими наноструктур является наиболее подходящим плазмонное наноструктуры для г-GO подготовки. Восстановленный оксид графена получены с использованием видимого света и AuNPs в равной степени как качественные, химически восстановленный оксид графена которая была поддержана различными аналитическими методами, такими как UV-VIS-спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния, порошковой XRD и XPS. Восстановленный оксид графена подготовлен с видимым светом показывает отличные свойства тушения над фтораМолекулы escent изменение одноцепочечной ДНК и отличным восстановления флуоресценции для обнаружения ДНК мишени. R-GO подготовлен переработанных AuNPs оказывается того же качества, что с химически уменьшенной г-GO. Использование видимого света с плазмонного наночастицы демонстрирует хорошую альтернативный метод для синтеза р-GO.

Введение

Первый разработан скотч-ленты на основе метода 1 и химического осаждения паров 2 были отличные способы получения первозданной состояние графена, но крупномасштабного синтеза графена или графен образование слоя на поверхности с широким области были рассматриваться в качестве ключевого ограничения предыдущие методы. 3 Одним из возможных решений для крупномасштабного синтеза R-GO будет мокрым химического синтеза, которые необходимо в первую очередь реакции с сильными окислителями, обширной физической обработки, таких как обработка ультразвуком, чтобы произвести GO лист, и, наконец, уменьшение кислорода функции, такие а гидрокси, эпоксида и карбонильные группы в ГО необходимо для того, чтобы восстановить свои первоначальные физические свойства. 4 В основном, сокращение ГО проводилась с каждой химическим способом с использованием гидразина или его производных 5 или методом термической обработки (550-1,100 ° С) в инертной атмосфере или восстановительной. 6

jove_content "> Эти процессы требуют токсичных химических веществ, долгое время реакции и высокую температуру, которая повышенную общую потребность в энергии для синтеза р-GO. 7 Хотя фото-облучения восстановительные процессы, такие как УФ-индуцированного, 8 фото-теплового процесса с использованием импульсного ксенон вспышка, 9 импульсный лазер помощь 10 и фото-тепловой обогрев с камеры фонариков 11 также сообщалось для подготовки R-GO. В целом, низкая эффективность преобразования из фотоиндуцированному методов распространяется на использование УФ или импульсный лазерное облучение, которые могут доставить высокой энергии фотонов. Низкая энергия фотона видимого света ограничивает его использование и не привлекают много для синтеза р-GO. Отличные свойства поглощения света плазмонных наночастиц в видимом и / или NIR регионах может значительно улучшить текущие недостатки использования видимого света для синтеза R-GO. 12,13 мягких условиях реакции, малое время реакции и ограниченное использование токсичных CHemicals может сделать видимого света, индуцированный плазмонов при содействии фотокаталитический сокращение ГО в качестве полезного альтернативного метода.

В настоящем способе, мы опишем эффективную и простую г-GO синтетический метод, используя плазмонных наночастиц и видимый свет. Протекание реакции было установлено, что сильно зависит от структуры плазмонных наночастиц такие как сферические наночастицы золота (AuNPs), золото (наностержнями AuNRs) и золота (nanostars AuNSs). Использование AuNPs показали наиболее эффективное снижение ГО и наночастицы легко снимаются и переработке для повторного использования (Рисунок 1). R-GO синтезированы с использованием видимого света и AuNPs показали почти равное качество по сравнению с R-GO получены известным химическим способом (гидразина), о чем свидетельствует использование различных аналитических измерений и на основе тушение флуоресценции / восстановления способа обнаружения ДНК.

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

протокол

1. Подготовка Предтечи

  1. Подготовка оксида графена (GO):
    1. Подготовка дороге с помощью Модифицированный метод Хаммера в 14
      1. Добавить 3,0 г хлопьев графита в смеси концентрированной H 2 SO 4 / H 3 PO 4 (360: 40 мл) при комнатной температуре. (Примечание: Особое внимание должно быть принято при использовании сильных кислот H 2 SO 4 и H 3 PO 4).
      2. Добавить KMnO 4 (18,0 г) медленно при перемешивании и охлаждении на бане со льдом, чтобы поддерживать температуру реакционной смеси при <35 ° С. (Решение становятся липкими с увеличением времени реакции, нужно использовать правильный метод для поддержания эффективного перемешивания.) (Примечание: Особое внимание должно быть принято при добавлении KMnO 4 в связи с экзотермической реакции).
      3. Перемешать в течение 12 ч при 50 ° С и затем охлаждают до комнатной температуры и розлива реакционной смеси на лед (400 мл), содержащие 30% Н 2 О 2 (3 мл).
      4. Фильтр Reaction смесь с использованием металла США стандартном испытании сита (300 мкм), чтобы удалить непрореагировавший графит и центрифугируют (4722 мкг скорости в течение 2 ч) Фильтрат для удаления супернатанта.
      5. Повторите стадии центрифугирования с 200 мл воды, 200 мл 30% HCl, 200 мл этанола и дистиллированной воды до рН снова досягаемости раствора при 5,0-6,0.
      6. Лиофилизировать окончательные решения, чтобы произвести пушистый GO порошок.
      7. Для того, чтобы наноразмерный решение GO, растворить 20 мг GO порошка в 40 мл троекратно дистиллированной водой (> 18 МОм), а затем отслаивается от длительного ультразвуком (амплитуда 35%, 500 Вт, 2 ч), пока весь размер дистрибутива не стали ниже 150 нм, затем центрифуги это в два раза (скорость 10625 мкг, 15 мин) для удаления осадка (ООН-отслаивается большими GO листов).
  2. Подготовка плазмонного наночастицы
    1. Подготовка AuNPs
      1. Цитрат стабилизированный сферическая форма наночастиц золота (AuNПс, ОД = 1,0) 30 нм частиц размером был использован для уменьшения R-GO.
    2. Подготовка AuNRs 15
      1. Подготовка семян раствор добавлением свежеприготовленный 0,6 мл ледяной раствор NaBH 4 решения (0,01 М) в водной смеси раствора композе 0,25 мл HAuCl 4 (0,01 М) и 9,75 мл бромида цетилтриметиламмония (СТАВ, 0,1 М ).
      2. Полученную смесь перемешивают в течение 0,5 энергично мин, а затем сохранить его при 28 ° С в течение 3 ч.
      3. Приготовьте раствор роста путем смешивания 475 мл СТАВ (0,1 м), 3 мл AgNO 3 (0,01 М) и 20 мл HAuCl 4 (0,01 М).
      4. Затем добавить свежеприготовленным 3,2 мл аскорбиновой кислоты (0,01 М) к смеси с последующим добавлением 0,8 мл в 1,0 М () водного раствора HCl.
      5. На конечной стадии добавления 3,2 мл раствора семян в раствор роста на 28 ° C и подвергают реакционную смесь до быстрого инверсии течение нескольких секунд. Наконец, кеЕР полученной смеси в покое в течение не менее 6 часов.
      6. Анализ подготовленные AuNRs с УФ-видимой спектроскопии максимумов поглощения (λ макс) и исследованием с помощью ТЭМ (обычно отношение λ макс и аспект было установлено, что 730 нм и 3,5, соответственно).
    3. Подготовка AuNSs 16
      1. Приготовления водной исходного раствора 4- (2-гидроксиэтил) -1-пиперазинэтансульфонова кислота (HEPES) с концентрацией 100 мМ и доведения рН до 7,4 при 25 ° С добавлением 1,0 М раствора NaOH.
      2. Смешайте 20 мл фосфатного буфера (100 мМ) с 30 мл 2- [4- (2-гидроксиэтил) -1-пиперазинил] этансульфоновой кислоты (100 мм).
      3. Затем добавить 500 мкл, тригидрат хлорида (III), золото (20 мм) к вышеуказанной смеси и держать на 28,5 ° С в течение 30 мин в водяной бане. Через 30 мин можно наблюдать цвет Решение изменяется от светло-желтого до зеленовато-синего цвета.
      4. Центрифуга решение на скорости 8,928 мкг в течение 30 мин и разгонаОсадок в дистиллированной воде.
      5. Наконец, анализировать подготовленную AuNSs с УФ-видимой спектроскопии для максимумов поглощения (λ макс) и анализа ПЭМ для подтверждения размера частицы, которая находится в 740 нм будет и 30 нм, соответственно.

2. Подготовка г-GO, используя видимый свет и AuNPs

  1. Добавить 1 мл плазмонных наночастиц (ABS 1.0 при 520 нм для AuNPs, ABS 1.0 на 750 нм для AuNRs и Абс 1.0 на 730 нм для AuNSs, соответственно) и 100 мкл гидроксида аммония (28%, вес / объем%) до 10 мл раствора GO (OD 1,0 при 230 нм, 0,125 мг мл -1), помещенной в стеклянный реактор из пирекса, снабженную водой рубашки с циркулирующей.
  2. Облучать смеси с Хе лампы (плотность мощности 1,56 Вт см -2) в течение 30 мин с циркуляцией воды через воды циркуляции рубашкой для поддержания температуры на уровне 25 ° С, а затем центрифугируют раствор при скорости 10625 мкг в течение 15 мин доудалить наночастиц золота.
  3. Возьмите супернатант, содержащий подготовленный г-GO для анализа УФ-спектрофотометр (г-GO должны показать отличительные полосы поглощения при 270 нм) в диапазоне 200-900 нм.

3. Обнаружение ДНК Целевая Использование г-GO решение 17

  1. Для тушения флуоресценции, добавить 20 мкл 10 -6 м Су3 модифицированного одноцепочечной ДНК (5'-СТТ УВД УВД ААТ АТТ ТАА ТАА ВГА ТСС СТС-Cy3-3 ') в GO или г-GO раствора, содержащего 25 мкл ГО (0,125 мг мл -1) или R-GO (0,125 мг мл -1) в 1,955 мкл 0,3 М раствора PBS (10 мМ фосфатным буфером, 0,3 М NaCl) и инкубируют в течение 10 мин при комнатной температуре.
  2. Измерьте интенсивность флуоресценции этих образцов с спектрофлуорометра (Х = 529 экс нм).
  3. Для обнаружения цели, добавить 200 мкл олигонуклеотидов цель решения (5'ГАГ GGA TTA TTA ТТГ ААТ АТТ GAT AAG GAT- 3 ') в трех различных концентрациях (10 -6 </ SUP> М, 10 -7 М, 10 -8 М) в GO или г-GO раствора, содержащего 20 мкл 10 -6 М оцДНК-Cy3, 25 мкл ГО или г-GO (0,125 мг мл -1) и 1755 мкл 0,3 М PBS для эксперимента восстановления флуоресценции. 17
    Примечания:
    Источники света и реактор
    Видимый свет (400-780 нм) источник. Видимый свет облучать через Pyrex стеклянный реактор (диаметр окна = 1,1 см), содержащей GO решение, используя Хе лампа (1,56 Вт / см 2 питания). Энергия фотонов применяется в реактор рассчитывается как 4,8 × 10 21 фотонов за мин (фиг.2А-2С).
    Ближней инфракрасной (NIR) лазер. NIR-лазер (диаметр окна = 13,2 см) с плотностью мощности 0,36 Вт / см 2, и рабочей длине волны 808 нм была использована в качестве источника ближнего инфракрасного света для восстановительных реакций (рис GO 2e). Энергия фотона рассчитывается как 2,43 × 10 21 фотонов за мин.
    ReacТор: Pyrex стеклянный реактор (диаметр окна = 1,1 см; объем реакционной смеси = 10 мл), снабженный водой рубашки с циркулирующей используется как для видимого света и ближней ИК свет, излучаемый реакции восстановления GO (рис 2F).

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

Результаты

На рисунке 1 показан общий схему для видимого света и плазмонного наночастиц на основе восстановительной реакции г-GO. Рисунок 2 показывает инструментальную установки для реакций. После реакции требуется стадии центрифугирования для удаления использованного фотокат...

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

Обсуждение

Видимый свет облучения на GO решения в течение 30 мин с наночастицами золота (AuNPs, AuNSs & AuNRs) показали быстрые изменения цвета от светло-жёлто-коричневого до черного цвета (рис 1). Для получения высокой чистоты R-GO продукт с высоким выходом, есть два важных фактора должны следовать. ...

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

Раскрытие информации

Мы не имеем ничего раскрывать.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным исследовательским фондом Кореи (2013R1A1A1061387) и научно-исследовательской фонда КУ-KIST.

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

Материалы

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

Ссылки

  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.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

103

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены