JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Görünür bir ışık ve plasmonik nanoparçacık kullanılarak düşük grafin oksit hazırlanması için bir basit bir protokol tarif edilmektedir.

Özet

Bu çalışma plasmonik nanopartiküller ile görünür ışık ışınlama kullanılarak oda sıcaklığında azaltılmış grafen oksit (r-GO) çözüm üretmek için basit, kimyasal ücretsiz, hızlı ve verimli enerji yöntemi gösterir. Plasmonik nanopartikül GO indirgenmesi etkinliğini arttırmak için kullanılır. Sadece Xe-lambası ile çözümler aydınlatılarak oda sıcaklığında 30 dakika sürer, r-GO solüsyonlar basit bir santrifüj aşamasında altın nanopartikülleri çıkararak elde edilebilir. Diğer nanoyapılar karşılaştırıldığında küresel altın nanopartikülleri (AuNPs) r-GO hazırlanması için en uygun plasmonik nano olup. Indirgenmiş graphene oksit görülebilir ışık kullanılarak hazırlanmış ve AuNPs kimyasal olarak UV-Vis spektroskopisi, Raman spektroskopisi, bir toz XRD ve XPS gibi çeşitli analitik teknikler ile desteklenmiştir grafin oksit, indirgenmiş eşit olarak niteliksel oldu. Görünür ışık ile hazırlanan indirgenmiş grafen oksit flor üzerinde mükemmel söndürme özelliklerini gösterirescent molekülleri ssDNA ve hedef DNA tespiti için mükemmel floresan kurtarma güncellenmiştir. Geri dönüşümlü AuNPs tarafından hazırlanan-GO r kimyasal azaltılmış r-GO o ile aynı kalitede olduğu tespit edilmiştir. Plasmonik nanopartikül ile görünür ışığın kullanımı, r-GO sentezi için iyi bir alternatif yöntem gösterilmektedir.

Giriş

İlk geliştirilen viski-bant tabanlı yöntem 1 ve kimyasal buhar biriktirme 2 grafen bozulmamış durumunu üretmek için mükemmel yöntemler vardı, ama geniş alana sahip yüzeyde büyük ölçekli grafen sentez veya grafen tabakası oluşumu önemli bir sınırlama olarak kabul edilmiştir Önceki yöntemler. ıslak kimyasal sentetik birinci sayfasını GO üretmek için böyle bir sonikasyon gibi güçlü oksidanlar, geniş fizik tedavi ile reaksiyonları gerektirir yöntem ve oksijen işlevleri gibi nihayet azalma olacak büyük ölçekli r-GO sentezi için olası çözümün 3 Tek olarak GO hidroksi, epoksit ve karbonil grupları orijinal fiziksel özelliklerini geri kazanılması için çok önemlidir. Çoğunlukla 4, GO indirgenmesi (hidrazin veya bunun türevlerini 5 ya da ısıl işlem yöntemi ile kullanılarak kimyasal yöntem ile ya 550-1,100 ° gerçekleştirildiği bir atıl ya da indirgeme atmosferinde C). 6

jove_content "> Bu süreçler zehirli kimyasallar, r-GO sentezi için toplam enerji talebi artırmıştır uzun reaksiyon zamanı ve yüksek sıcaklık gerektirir. 7 UV kaynaklı, 8 foto-termal süreç olarak fotoğraf aydınlatarak azaltma işlemleri darbeli xenon kullanırken Flaş, 9 darbeli lazer 10 ve fotoğraf termal 11 de hazırlanması için rapor edilmiştir kamera flaşı ışıkları ile ısıtma destekli r-GO. Genel olarak, fotoğraf kaynaklı yöntemlerin düşük dönüşüm verimliliği UV veya darbeli kullanımına yayılır yüksek foton enerjisi sunabilirsiniz lazer ışınlama. görünür ışığın düşük foton enerji kullanımı ve r-GO sentezi için çok çekti sınırlar. plasmonik nanopartiküllerin Mükemmel ışık emme özellikleri görülebilir ve / veya NUR bölgelerde ölçüde geçerli sakıncaları artırabilir r-GO sentezi için görünür ışık kullanımı. 12,13 Hafif reaksiyon koşulları, kısa reaksiyon süresi ve toksik ch sınırlı kullanımıemicals kullanışlı bir alternatif yöntem olarak GO fotokatalitik azaltılması destekli görünür ışık kaynaklı Plasmon yapabiliriz.

Bu yöntemde, plasmonik nano-tanecikleri ve görülebilir ışık kullanılarak etkili ve basit bir r-GO sentetik bir yöntem açıklanmaktadır. Reaksiyonun ilerlemesi gibi küresel altın nanopartiküllerinin (AuNPs), altın nanoçubuklar (AuNRs), ve altın Nanostars (AuNSs) halinde plasmonik nanopartiküllerin yapılar önemli ölçüde bağlı olduğu görülmüştür. AuNPs kullanımı GO en etkili azalma gösterdi ve nanopartiküller tekrarlanan kullanım (Şekil 1) için kolayca sökülebilir ve geri dönüşümlüdür. R-GO görülebilir ışık kullanılarak sentezlenir ve AuNPs ile karşılaştırıldığında hemen hemen eşit kalitesini gösterdi r-GO çeşitli analitik ölçümler ve floresan söndürme / geri kazanım bazlı DNA saptama yöntemi kullanımıyla gösterildiği gibi iyi bilinen kimyasal yöntemle (hidrazin) ile hazırlanmıştır.

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

Protokol

Öncülünün 1. Hazırlık

  1. Grafen oksit (GO) hazırlanması:
    1. GO hazırlık Hummer yöntemi 14 modifiye kullanarak
      1. Konsantre H2 karışımı grafit pul 3.0 g ekleyin SO 4 3 PO / H 4 (360: 40 mi), oda sıcaklığında karıştırıldı. (Not: Özel bakım PO 4 güçlü asitler SO H 2 4 ve H 3 kullanırken alınmalıdır.)
      2. Karıştırılarak yavaş yavaş KMnO 4 (18.0 g) ilave edilir ve bir buz banyosunda soğutma <35 ° C de, reaksiyon karışımının sıcaklığını korumak için. (Artmış reaksiyon süresi ile yapışkan hale çözüm verimli karıştırma korumak için uygun bir yöntem kullanmanız gerekir.) (Not: Özel bakım nedeniyle egzotermik reaksiyon KMnO 4 eklerken alınmalıdır.)
      3. 12 50 ° C de saat ve oda sıcaklığına kadar daha sonra soğuk ve buz üzerine reaksiyon karışımının dökülmesiyle 30% H 2 O 2 (3 mi) ihtiva eden (400 mi) karıştırın.
      4. R Filtresüpernatant kaldırmak için girmemiş grafit ve santrifüj süzüntü (2 saat 4722 xg hızı) kaldırmak için bir metal ABD Standart test elek (300 mikron) kullanarak eaction karışımı.
      5. 5.0-6.0 çözelti ulaşma pH kadar tekrar santrifüj 200 ml su, 30% HCI 200 ml etanol içinde 200 ml bir adım ve damıtılmış su tekrarlayın.
      6. Kabarık GO tozu üretmek için nihai çözüm lyophilize.
      7. , Nano boyutlu GO çözelti yapmak üçlü damıtılmış su (> 18 M) 40 ml GO tozu 20 mg çözülür ve daha sonra uzun süreli sonikasyon (% 35 genlik, 500 W, 2 saat) ile pul pul amacıyla bütün ebat dağılımı haline gelinceye kadar 150 nm altında, daha sonra çökeltileri (un dağılmış geniş GO yaprak) kaldırmak için bunu iki kez (10.625 xg hızı, 15 dk) santrifüj.
  2. Plasmonik nanopartikül hazırlanması
    1. AuNPs hazırlanması
      1. Sitrat stabilize küresel şekli altın nanoparçacık (Aun30 nm partiküller boyut Ps, OD = 1,0) r-GO azaltılması için kullanılmıştır.
    2. AuNRs 15 Hazırlanması
      1. 0.1 M setiltrimetilamonyum bromid HAuCl 4 (0.01 M), 0.25 ve 9.75 mi mi (CTAB oluşan sulu bir karışım çözeltisi içine oluşturmakta NaBH4 çözeltisi (0.01 M) ihtiva eden yeni hazırlanmış bir 0.6 ml buz gibi soğuk çözeltisi ilave edilerek tohum çözeltisi hazırlayın ).
      2. 0.5 dakika boyunca şiddetli bir şekilde elde edilen karışım karıştırılır ve sonra 3 saat boyunca 28 ° C'de muhafaza edin.
      3. CTAB 475 ml (0.1 M) iyodinin 3 (0.01 M) 3 ml HAuCl 4 20 ml (0,01 M) karıştırılarak büyüme çözeltisi hazırlayın.
      4. Daha sonra taze bir sulu HCI (1.0 M) çözeltisinin 0.8 ml ilave edildi karışımına askorbik asit (0.01 M) 3.2 ml hazırlanabilir ilave edin.
      5. Son aşamada 28 ° C'de büyüme çözeltisine tohum çözeltisi 3,2 ml ilave C ° ve birkaç saniye için hızlı ters reaksiyon karışımı tabi. Son olarak, keEn az 6 saat boyunca rahatsız edilmeden elde edilen karışımın ep.
      6. UV-Görünür absorpsiyon maxima için spektroskopisi (λ max) ve TEM analizi ile hazırlanan AuNRs analiz (genellikle λ max ve boy oranı 730 nm ve 3.5 sırasıyla olduğu tespit edildi).
    3. AuNSs 16 Hazırlanması
      1. 100 mM konsantrasyona sahip 4- (2-hidroksietil) sulu stok solüsyonu -1-piperazinetansülfonik asit (HEPES) hazırlayın, ve 1.0 M NaOH solüsyonu ilave edilerek 25 ° C'de 7.4 pH ayarlamak.
      2. 2- [4- (2-hidroksietil) -1-piperazinil] etansülfonik asit (100 mM) 30 ml fosfat tamponu (100 mM) 20 ml karıştırın.
      3. Daha sonra yukarıdaki karışıma altın (III) klorid trihidrat (20 mM) 500 ul ilave edin, su banyosu içinde 30 dakika için 28.5 ° C 'de devam edin. Yeşilimsi mavi ışık sarı çözelti renk değişiklikleri 30 dakika görülebiliyor sonra.
      4. 30 dakika boyunca 8928 xg hızında çözüm Santrifüj ve dağıtmakdamıtılmış su içinde çökelir.
      5. Son olarak, sırasıyla 740 nm ve 30 nm, olduğu bulunmuştur, partiküllerin ölçüleri onay için UV-Görünür absorpsiyon maksimumları spektroskopisi (λ max) ve TEM analizi ile hazırlanan AuNSs analiz eder.

2. Hazırlık Görünür Işık ve AuNPs kullanılması r-GO

  1. Plasmonik nanopartiküllerin 1 ml ilave edilir (Abs AuNPs 520 nm, Abs AuNRs 750 nm ve AuNSs 730 nm'de Abs 1,0, sırasıyla en 1.0'da 1.0) ve amonyum hidroksit, 100 ul (% 28, ağ / hac%) olarak bir su-devridaim ceketi ile teçhiz edilmiş bir Pyrex cam bir reaktör içerisine yerleştirildi GO çözeltisi (230 nm, 0,125 mg mi -1 OD 1.0), 10 ml.
  2. 25 ° C'de sıcaklığı korumak ve daha sonra 15 dakika boyunca 10.625 x g hızında santrifüj çözelti su sirkülasyon ceketi içinden su sirkülasyonu ile 30 dakika boyunca Xe lambası (1,56 W cm -2 arasında güç yoğunluğu) ile karışım ışın tedavisialtın nanopartiküller kaldırmak.
  3. Içeren süpernatant atın hazırlanan r-GO 200-900 nm aralığında (270 nm belirgin absorpsiyon bandı göstermelidir r-GO) UV-Visible spektrofotometre ile analiz etmek.

3. Hedef DNA Tespit r-GO Çözüm 17 Kullanma

  1. Floresans için, (GO 25 ul içeren GO veya r-GO çözeltisi içine 0,125 inç 10 -6 M Cy3 modifiye ssDNA (5'-ATC CTT ATC AAT ATT TAA CAA TAA TCC CTC-Cy3-3 ') 20 ul ekleyin mg ml-1) ya da 0.3 M PBS çözeltisi (10 mM fosfat tampon maddesi, 0.3 M NaCl) 1955 ul r-GO (0.125 mg, ml-1) ve oda sıcaklığında 10 dakika inkübe edilir.
  2. Spektrofotometreyi (λ = 529 nm ex) ile bu örneklerin floresan yoğunluğu ölçülür.
  3. Hedef Tespiti için, üç farklı konsantrasyonda (10 -6 oligonükleotid çözeltisi (5'GAG GGA TTA TTG TTA AAT ATT GAT AAG GAT- 3 ') 200 ul ekleyin/ sup> M, 10 -6 M ssDNA Cy3 20 ul, GO veya r-GO 25 ul içeren GO veya r-GO çözeltisi içine 10 -7 M, 10 -8 M) (0.125 mg ml -1) ve floresan kurtarma deney için 0.3 M PBS 1755 ul. 17
    Notlar:
    Işık Kaynakları ve Reaktör
    Görünür ışık (400-780 nm) kaynağı. Görünür ışık Pyrex cam reaktör (pencere çapı = 1.1 cm) Xe lamba (1.56 W / cm 2 güç) kullanarak GO çözeltisi içeren yoluyla ışın tedavisi. Reaktöre uygulanan foton enerjisi ve dakika başına 4.8 x 10 21 fotonlar (Şekil 2A-2C) olarak hesaplanmaktadır.
    Yakın kızılötesi (NIR) lazer. 0,36 W / cm2 güç yoğunluğu ve GO redüksiyon reaksiyonları (Şekil 2E) için yakın kızılötesi ışık kaynağı olarak kullanılmıştır mil 808 çalışma dalga boyunun NIR laser (pencere çap = 13,2 cm). Foton enerjisi min başına 2.43 × 10 21 fotonlar olarak hesaplanmıştır.
    REACtor: Pyrex cam reaktör (pencere çap = 1.1 cm, reaksiyon hacmi = 10 mi) suda sirkülasyon ceketi, görünür ışık ve NIR ışık hem de kullanılan GO redüksiyon reaksiyonları (Şekil 2F) maruz bırakıldı.

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

Sonuçlar

Şekil 1 görünür ışık ve plasmonik nanoparçacık tabanlı r-GO indirgeme reaksiyonu için genel şemasını göstermektedir. 2 reaksiyonlar için enstrümantal kurulumu göstermektedir. Tepkimeden sonra, bu Şekil 3A'da gösterildiği gibi, kullanılan fotokatalist (AuNSs, AuNRs veya AuNPs) çıkarmak için santrifüj adımı gereklidir. HRTEM analizi UV-Görünür analizi ile r yaklaşık 500-800 nm Şekil 3C, soğurma band?...

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

Tartışmalar

Altın nanopartiküller (AuNPs, AuNSs & AuNRs) ile 30 dakika boyunca GO çözeltisi üzerine Görünür ışık ışınlama siyah renk (Şekil 1) açık sarı-kahverengi gelen hızlı renk değişimleri gösterdi. Yüksek verim oldukça saf r-GO ürün elde etmek için, iki önemli faktör izlemeniz gerekir vardır. AuNPs güçlü diğer yapılar (yani, AuNRs, AuNSs) arasında görünür ışığı absorbe çünkü biri etkin plasmonik katalizör olarak AuNPs kullanılmasıdır. Başka bir ...

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

Açıklamalar

Biz ifşa hiçbir şey yok.

Teşekkürler

Bu çalışma Kore (2013R1A1A1061387) Ulusal Araştırma Vakfı ve KU-KIST araştırma fonu tarafından desteklenmiştir.

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

Malzemeler

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

Referanslar

  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.

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

M hendislikSay 103ndirimli Grafen Oksitplasmonik Nanopar ac klarG r lebilir I k I nlamaFl oresan S nd rme DNA Alg lama

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır