jelentések

  • Tárgyak
  • Összegzés
  • Bevezetés
  • Eredmények
  • Vita
  • Mód
  • Au nanorészecskék készítése glutationréteg monorétegekkel
  • Molekulaszeparációs eszközök gyártása és detektálási mérések.
  • Jellemzés
  • Elméleti számítások
  • Kiegészítő információk
  • PDF fájlok
  • Kiegészítő információk
  • Hozzászólások

Tárgyak

Összegzés

Bevezetés

Molekulahézag-eszközt mutatunk be egy glutation monorétegű funkcionalizált Au nanorészecskék (GSH) bevezetésével egy mikropontos elektródba és alkalmazásával a mérgező nehézfém-ionok elektromos meghatározására. Bár sok más fémion, mint például a Zn 2+, Cd 2+, Pb 2+ stb., Kölcsönhatásba léphet a GSH karbonsavterminális funkciós csoportjával, azt tapasztaltuk, hogy az említett molekulahézag-eszköz kiváló specificitást mutat a Hg 2+ -val szemben. A kimutatási határ (LOD) valójában eléri az 1 nM-ot. Elméleti számítások azt mutatják, hogy a képződött glutation-dimer határmolekulapályái, amelyeket nehézfém-ionok kötnek meg az Au nanorészecskék között, felelősek az említett molekulaszeparációs eszköz elektronátadásáért.

Eredmények

a) glutation monoréteggel borított Au NP-k; b) Au NP monorétegek glutationréteggel, amely mikroelektródák (önállóan) és a két Au NP (alul) között karboxilcsoportokkal komplexált fémionokkal összekapcsolt glutationréteggel van összekapcsolva.

Teljes méretű kép

A 2a. És b. Ábra meztelen Au NP-k és PN nagy nagyítású TEM képeit mutatja. A csupasz Au NP-k felületei nyilvánvalóan simaak, módosítók nélkül. A GSH módosítása után az Au NP-k külsejét vékony, vörös szaggatott vonalakkal jelölt réteg borítja, amelyet a felületén néhány nem specifikusan adszorbeált GSH molekulának tulajdonítanak, amellett, hogy a GSH monoréteg Au NP-vel kötődik. Különösen a vastagság körülbelül 1

a) Meztelen Au NP nagy nagyítású TEM képe. (b) Az Au NP-k nagy nagyítású TEM képe GSH-val (). Az 1-2 nm GSH réteg jól látható. (c) Két szomszédos interdigital Au mikroelektród SEM képe, önállóan összeállított PN-vel, a betét megfelel a gyártott molekulaszeparációs eszköz fotooptikájának. (d) A PN megnövelt SEM képe az interdigital Au mikroelektródák között.

Teljes méretű kép

A nehézfémion detektálási kísérletek előtt először a gyártott molekulaszeparációs eszközök elektromos jellemzőit vizsgálták (S2 kiegészítő ábra). Az Au NP-kkel módosítás nélkül összeállított készüléket tekintve jó linearitás figyelhető meg a IV görbében (S2a kiegészítő ábra). Nyilvánvaló, hogy még mindig jó vezető tulajdonságot mutat (az áram mA-szinten van), ami a korábbi jelentések szerint 4. A PN-vel összeillesztett eszköz vezetőképessége azonban drámai módon csökken (az áram nA szinten van), ami molekuláris rést sugallhat (S2c kiegészítő ábra). Ez az eredmény a GSH kettős molekuláris rétegének tulajdonítható, blokkolva az Au NP közötti elektrontranszportot. A meztelen Au NP-k esetében ez a "blokkhatás" nem létezik. Ellenállása elsősorban az Au NP-k és a szomszédos nanorészecskék ütközéséből adódik. Elektrontranszportjuk sémája az S2b és d ábrán látható. Következésképpen a fenti elektromos jellemzés közvetett módon demonstrálja a GSH molekuláris réteg kialakulását az Au NP-k felületén.

(a - b) IV görbék a molekulaszeparációs eszközökhöz Zn 2+ (1 mM) és Hg 2+ (1 mM) expozíció előtt és után. Az 1 mM Zn 2+ oldatba merítés után a vezetőképesség gyakorlatilag nem változik, és jelentős változásokat eredményez az 1 mM Hg 2+ oldatban. (c) Valós idejű detektálási görbe Hg 2+ különböző koncentrációi mellett a molekulaszeparációs eszköz számára 0,1 V polarizációs feszültség alatt. (d) A gyártott molekulaszeparációs eszköz specifikussága. Az összes vizsgált fémion koncentrációja 1 mM; Rb és Ra a készülék ellenállása a merülés előtt és után.

Teljes méretű kép

(a) Zn 2+, Cd 2+, Hg 2+ és Pb 2+ által összekapcsolt GSH dimer és GSH dimer komplexek HOMO és LUMO energiarései. b) HOMO és LUMO. Az összehasonlításhoz a kation befogása előtti esetet (amelyet GSH-GSH jelölte) vettük fel.

Teljes méretű kép

a) a lapos sáv feltétel, ahol E f az Au NP Fermi energiája a komplex HOMO-LUMO szintjéhez viszonyítva; Ea az az energia, amely valamilyen szinten meghaladja a Fermi-szintet, amelynél a termikusan támogatott alagutazás bekövetkezik. (b - c) Az esetek eltérnek a kereszteződésen alkalmazott feszültségű kationoktól. Az a és b panelek azt mutatják, hogy a teherszállítás akadályozható.

Teljes méretű kép

Vita

Összegzésképpen elmondható, hogy molekuláris rés eszközt bizonyítottak az interdigitalis mikroelektródák közötti PN-vel való összeillesztéssel. A GSH speciális szerkezete alapján a gyártott nanorendszer specifikus választ mutat a Hg 2+ felé. A ténylegesen mért legkisebb kimutatható koncentráció 1 nM. Elméleti számításokból kiderül, hogy a GSH által izolált Au nanorészecskék közötti vezetőképesség nincs összefüggésben a fémion töltéssel és a kationok PN-k általi komplexképződésének számított kötési energiájával. Ez nagymértékben függ a LUMO és a HOMO közötti energiarésektől a komplex esetében, amely a fémionok és két GSH karboxilcsoportja közötti áthidaló kapcsolat révén jön létre. Ez a megállapítás várhatóan új utat jelent majd a jövőbeni detektálási specificitású környezeti érzékelők kifejlesztésére. További erőfeszítésekkel lehetővé kell tenni, hogy a jelenlegi molekuláris rés eszközök alkalmazhatóságát kiterjesszék más detektálórendszerekre is, amelyek tulajdonságai a szilárdtest NP-felületeken történő specifikus molekuláris felismerésből származnak.

Mód

Au nanorészecskék készítése glutationréteg monorétegekkel

Az Au nanorészecskéket szintetizáltuk a Fren 41 módszerével. Röviden, a 99 ml H2O és 1 ml HAuCl4 (1%) keverékének keveréke keverés közben egyenletes, majd forrásig melegítjük. Ezt követően azonnal hozzáadunk 6 ml trinátrium-citrátot (1%). 30 percig visszafolyatás közben, majd szobahőmérsékletre természetesen lehűtve az Au nanorészecskéket tartalmazó oldatot kaptuk. Az Au nanorészecskék funkcionálására glutationt (0,025 mM) adunk a fenti oldathoz keverés közben 1 órán át, majd ezt követően 24 órán át zavarás nélkül rögzítjük. Ezután az Au nanorészecskéket glutation monoréteg borítja.

Molekulaszeparációs eszközök gyártása és detektálási mérések.

A molekuláris űrberendezés előállításához a GSH egyrétegű Au nanorészecskéket egymástól 2,5 μm-re lévő interdigital Au mikroelektródákon állították össze, amelyet elektronnyaláb-litográfia felhasználásával készítettek 1 μm SiO bevonattal ellátott Si ostyán 2) Az oldószerek teljes elpárologtatásával, a GSH egyrétegű funkcionalizált Au nanorészecskék összecsomagolva vékony rétegű filmet képeznek. Az Au nanorészecskékben lévő kitett karbonsavcsoportok hidrofilitása miatt a gyártás során alkalmazott vékony film nem stabil. Az oldószerrel való érintkezés utáni újbóli oldódás elkerülése érdekében a filmet megerősítettük az Au nanorészecskék PEG-ditiollal való keresztkötésével. Ezt követően a filmet etanol és víz feleslegével mostuk, N2 áram alatt szárítottuk. Ezután a gyártott eszköz stabilitásának biztosítása érdekében a munkafolyamat során egy kis PC-lemezre rögzítették, és AB ragasztóval lezárták, amely a munkaterületnek van kitéve.

Egy Keithley 6487 csúcs/feszültségmérőt használtak feszültségforrásként és áramleolvasóként. A gyártott eszközöket ezután 1 nM és 1 mM közötti koncentrációjú fémion-oldatokba merítették. A higany kimutatási kísérletet Hg 2+ (Hg (NO 3) 2 Sigma Aldrich) hígításával végeztük. Valójában a Hg 2+ ionok frakciója a többi komponenshez (Hg (NO 3) 2, (HgNO 3) + és hidrolitikus fajaihoz) képest vizes oldatban az ionizációs mérleg 47 függvényében változik, amelyet ebben az esetben elhanyagoltak . Hasonló eljárást alkalmaztak más fémionok oldatának előállítására is. Merítés után az eszközöket vízmennyiséggel mossuk a sófelesleg eltávolítása érdekében, majd nitrogénáram alatt teljesen megszárítjuk. Az összes ezt követő elektromos mérést és detektálási teljesítményt zárt üvegkamrában, szobahőmérsékleten, száraz levegőn végeztük.

Jellemzés

Pásztázó elektronmikroszkópia A SEM képeket FEI Quanta 200 FEG mezőemissziós pásztázó elektronmikroszkóppal készítettük. A TEM és HRTEM képelemzéseket JEM-2010 mikroszkóppal végeztük. Infravörös (IR) spektrumokat kaptunk Nicolet Nexus-670 FT-IR spektrométerrel. A minták röntgensugaras fotoelektron spektroszkópiás (XPS) elemzését VG ESCALAB MKII spektrométeren végeztük Mg Kα (1253,6 eV, 120 W) röntgenforrással, állandó analizátoron. Az energiaskálát belsőleg kalibráltuk, a szennyezett szén 284,60 eV-os Ci-csúcsának kötési energiájára (Eb) hivatkozva. Ezenkívül az UV-látható abszorpciós spektrumot szintén UNIC UV-4802 spektrométerrel mértük.

Elméleti számítások