使用纳米包装器进行和释放纳米级产品

来源:上海新型纳米材料 发布时间:2019-01-11 点击次数:

这个假期,布鲁克海文国家实验室USDOE科学办公室用户设施功能性纳米材料中心的科学家们已经包装了一种不同类型的盒子,他们采用一步化学合成法,设计了一种在角落有立方形孔的空心金属纳米盒,并展示了这些纳米包装器是如何被应用于纳米材料的。这项研究发表在12月12日的《美国化学学会中心科学》上。
    
     想象一下你有一个盒子,但是你只能用外部而不是内部,CFN软质和生物纳米材料集团的负责人Oleg Gang说。这就是我们处理纳米颗粒的方式。大多数纳米颗粒的组装或合成方法产生固体纳米结构。我们需要方法来设计这些结构的内部空间。
    
     方舟子的科学家方璐补充说:空心纳米结构与固体纳米结构相比具有不同的光学和化学性质,我们希望将其用于生物医学、传感和催化应用。此外,我们还可以在空心结构中引入表面开孔,其中材料如药物、生物分子和E。VEN纳米粒子可以进出,这取决于周围的环境。
    
     合成策略已经开发出来,以产生具有表面孔的空心纳米结构,但这些孔的大小、形状和位置通常没有得到很好的控制。孔随机分布在整个表面,形成一个瑞士奶酪状结构。为了在实际应用中使用纳米结构,高级控制表面开口是必需的-例如,加载和释放纳米卡。
    
     在这项研究中,科学家们展示了一种新的化学雕刻方法,即用固体纳米三次粒子制备具有立方角孔的金和银合金纳米包装机。他们使用称为纳米级电流替代的化学反应。在反应过程中,银纳米颗粒中的原子在室温下被水溶液中的金离子取代。温度:科学家在溶液中加入一种分子(表面活性剂或表面覆盖剂),以引导银的浸出和特定晶体表面的金沉积。
    
     Lu解释说,立方体表面的原子排列与角落的原子排列不同,因此暴露了不同的原子平面,因此这两个区域的电化学反应可能不会以相同的方式进行。我们选择的表面活性剂只是与银表面结合,不是很强或很弱,所以金和银可以相互作用。另外另外,银立方角的表面活性剂吸收相对较弱,所以最活跃的银是从边上吃下来的,导致形成角孔,而其余的表面则沉积金,形成金和银的贝壳。
    
     为了在3-D纳米尺度和2-D原子水平上捕捉整体结构的结构和化学变化,科学家在CFN中用电子显微镜观察了3个小时。2-D电子显微镜图像和EDX元素图证实了立方体是空心的,由金银合金组成。电子断层扫描获得的三维图像扫描显示这些空心立方体在角落里有大的立方孔。
    
     Kang说,在电子断层扫描中,从不同角度采集的二维图像被结合起来重建三维物体。这项技术类似于用于内部结构成像的CT计算机断层扫描,但它要小得多,而且使用的是电子而不是X射线。
    
     科学家们还通过光谱实验证实了纳米颗粒能够捕捉光学变化,光谱表明纳米包装机的光吸收可以根据反应时间进行调节,最终,纳米包装机吸收红外光。
    
     Gang说,吸收光谱的峰值为1250纳米,这是金或银纳米粒子报道的最长波长之一。通常,金和银纳米结构吸收可见光。但是,对于各种应用,我们希望这些粒子吸收红外光,例如,在生物医药应用中,如光技术。埃拉皮
    
     利用一台合成纳米包装机,科学家们演示了如何通过改变溶液中盐的浓度,将适当尺寸的球形金纳米粒子(带DNA封顶)装入角孔中,并从角孔中释放出来。离子随着盐等带正电离子浓度的增加或减少而改变。在高盐浓度下,由于盐离子降低了它们的排斥作用,DNA链收缩。在低盐浓度下,由于它们的排斥作用,DNA链伸展开。
    
     当DNA链收缩时,纳米颗粒变得足够小,可以打开并进入空腔。然后,纳米颗粒可以通过降低盐浓度锁定在纳米带中。在这个较低的浓度下,DNA链会拉伸,使纳米颗粒过大而无法通过孔。纳米颗粒可以通过改变盐浓度增加和减少的过程。
    
     卢说:我们的电子显微镜和光谱学研究证实,纳米包装机可以用来装载和释放纳米级的成分。原则上,它们可以用于在特定环境中释放光学或化学活性的纳米颗粒,可能通过改变其他参数,如酸碱度或温度来实现。
    
     展望未来,科学家们有兴趣将纳米涂层器组装成更大规模的结构,将其方法扩展到其他双金属系统,并比较纳米涂层器的内部和外部催化活性。
    
     Oka说:我们没想到会看到这样一个规则、清晰的空穴。通常,对于纳米尺度的物体来说,这种控制水平是很难实现的。因此,我们发现纳米结构形成的新途径是非常令人兴奋的。设计高度控制的纳米物体的能力不仅有助于理解某些过程发生的原因,同时,我们还为纳米医学、光学、智能材料和催化等领域的应用构建了有针对性的纳米结构。我们的新合成方法在这些领域开辟了独特的机遇。
    
     CFN主任查尔斯·布莱克说,这项工作是通过纳米材料合成方面的世界级专业知识和CFN的能力来完成的。特别是,通过CFN用户程序,通过组装纳米级组件,以及最先进的电子显微镜和光谱学能力,CFN可以被纳米科学界认可。研究这些材料的三维结构及其表征能力,期待着学术界、工业界和政府科学家利用其研究能力在纳米组装方面取得进展。
    
    


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