Bromide-Assisted各向异性的金纳米粒子作为表面增强拉曼散射基底

文摘

我们在此报告一个一步合成金纳米粒子(Au NPs)等各种形状的三角形、六边形,半球形,使用5-hydroxyindoleacetic酸(5-HIAA)作为还原剂的溴化钾(KBr)。各向异性非盟NPs各领域得到了越来越多的关注的研究由于其独特的物理和化学性质。众多合成方法涉及自顶向下或自底向上方法开发了合成非盟NPs与故意不同形状、大小和配置;然而,无籽,生产templateless surfactant-free singular-shaped各向异性非盟NPs仍然是一个重大挑战。氢的浓度tetrachloroaurate (HAuCl₄)、5-HIAA和溴化钾,以及反应温度、被发现影响产生的产品形态。详细描述所产生的非盟NPs执行使用紫外-可见光谱(紫外可见),扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱。非盟好了NPs展出优秀的表面增强喇曼散射(ser)特性,这使他们非常有吸引力的发展SERS-based化学和生物传感器。

1。介绍

拉曼光谱,基于分子振动的转换,一直被视为一个有价值的工具,用于化学和生物物种的识别和量化(1,2]。而众所周知,正常拉曼光谱信号非常弱,发现以来,已经取得了伟大的进展表面增强喇曼散射(ser) [3- - - - - -5]。大量的最近的研究已经深入研究如何有效的非盟NPs ser基质。黄金的表面化学是非常多才多艺,因为它可以很容易地操纵成各种大小和形状(6- - - - - -10]。电子云的等离子体和金属纳米粒子吸收光子的波长位置直接影响的类型、形状、大小和结构的金属纳米颗粒。如果可以匹配盟NPs的等离子体吸收波长的激发波长激光,共振拉曼,又推动了拉曼信号,是可能的。因此,能够操纵黄金纳米粒子的大小和形状会允许简单和容易的修改分析设备,利用ser技术将大大提高灵敏度和选择性。

它已经表明,非盟NPs可以合成任意数量的大小或形状很容易。已经合成的非盟NPs nanoflowers [1,11),平面三角形(或棱镜)(12- - - - - -14),平面六边形(12,纳米棒13,15,16],球体[17,18)、正八面体、立方体(19),这些只是其中一部分。尽管非盟NPs的毒性已被广泛研究,他们没有被证明是对人类有毒的(9]。有鉴于此,非盟NPs可以用于广泛的生物医学传感、诊断、或其他biomedical-based应用程序(12]。

在此,我们报告一个灵巧的方法合成的各向异性非盟NPs等各种形状的三角形、六边形、和半球形,使用5-hydroxyindoleacetic酸(5-HIAA)作为还原剂的溴化钾(KBr)。氢的浓度tetrachloroaurate (HAuCl₄)、5-HIAA和溴化钾,以及反应温度、被发现影响产生的产品形态。详细描述所产生的非盟NPs执行使用紫外-可见光谱(紫外可见),扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱。和非盟NPs展出优秀的ser性能,这使他们非常有吸引力的发展SERS-based化学和生物传感器。

2。材料和方法

2.1。化学物质

氢tetrachloroaurate 1% (w / v)从Ricca获得化学公司,5-hydroxyindole-3-acetic酸(5-HIAA 99%)和结晶紫是获得在穿越有机物,溴化和钾(KBr,傅立叶变换红外光谱成绩99%)从Sigma-Aldrich获得。所有的解决方案都是用高纯度去离子水(电阻率≥18 MΩ·厘米)从Picopure®2超纯水净化系统(水电、Inc .)。

2.2。各向异性的金纳米粒子的合成KBr的缺失

5-HIAA的0.75毫米的解决方案是由添加7.17毫克5-HIAA diH 50毫升₂O (DI)。解决方案是用近1分钟,直到不再有任何固体5-HIAA的视觉证据。搅拌盘,44.42毫升的DI, 5毫升的0.75毫米5-HIAA, 579.2μL 1%的HAuCl₄涨跌互现约300 rpm环境条件下30分钟。颜色变成灰色加上5-HIAA后大约一分钟。最后30分钟的时间,样品开始转向一个橙红色的颜色。

2.3。各向异性的金纳米粒子的合成KBr的存在

5-HIAA的0.75毫米的解决方案是由添加7.17毫克5-HIAA diH 50毫升₂O (DI)。解决方案是用近1分钟,直到不再有任何固体5-HIAA的视觉证据。0.60毫米溴化钾溶液是由添加3.57毫克KBr DI的50毫升。合成了KBr的使用增加卷。在一个烧杯,4毫升,5毫升,KBr和6毫升0.60毫米,0.75毫米5-HIAA 5毫升,579.2μL (HAuCl₄1% (w / v)与去离子水混合在50毫升的解决方案。的解决方案是混合搅拌板设置在大约300 rpm环境条件下30分钟。颜色变黄后大约一分钟的5-HIAA然后在大约5分钟后灰色和紫色。

2.4。紫外可见分光光度法

紫外可见光谱获得使用一个进化220紫外可见分光光度计。光谱测量吸光度从400年到750海里,100% T基线校正。标准石英试管样本进行了分析。

2.5。扫描电子显微镜(SEM)分析

SEM图像得到范使用XL-30场发射扫描电镜。使用的加速电压30 kV的光斑大小2。工作距离约7毫米被用来优化使用通过镜头的放大探测器(TLD)。样本准备在硅片上。

2.6。拉曼光谱

拉曼光谱是使用英国RM1000拉曼显微分光计(20 x目标)。拉曼系统耦合到一个奥林巴斯BH-2显微镜和配备了785 nm二极管激光器,边缘滤波器与200厘米⁻¹截止1200线/毫米光栅,和热电的CCD探测器冷却。系统操作使用英国线™软件(版本3.3)。

3所示。结果与讨论

3.1。不同的顺序和添加方式的影响

为了确定最好的顺序和方式,一系列的4样品都开始通过增加44.42毫升的DI搅拌盘。示例1是由添加5毫升0。75毫米5-HIAA,紧随其后的是简单的579.2μL 1%的HAuCl₄。示例2是一样的样品1,但在一滴一滴地HAuCl₄。示例3是由添加579.2μL 1%的HAuCl₄,紧随其后的是一滴一滴地添加5-HIAA 5毫升。示例4是一样的样品3,但随着5-HIAA的简单加法。从SEM图像如图1,这是观察到,所有的变化都是成功地创造了金纳米粒子。HAuCl的简单加法₄5-HIAA的解决方案是取得的金纳米粒子的方法。

3.2。不同的混合参数的影响

为了确定最优混合参数,轻轻地搅拌合成解决方案的两个条件测试是在一个平台上搅拌器和大力搅拌搅拌板设置在300 rpm。从SEM图像如图2,这是观察到变化都成功地创建相同的金纳米粒子大小和形状。总的来说,结果表明,有更多的纳米粒子使用激烈的混合参数。

3.3。反应温度的影响

金纳米颗粒的合成与方差进行温度进行合成,在15°C浴,在室温或45°C浴。从SEM图像如图3,观察三个版本都成功地创造了金纳米粒子,但形状和大小是不同的在每个温度设置。较低的温度设置没有创造尽可能多的金纳米粒子,和似乎有一些残留的未反应的材料。加热合成显示更多的纳米粒子,但边缘和形式定义。结果表明,室温合成是最成功的创造了金纳米粒子。

3.4。不同的反应物浓度的影响

金纳米颗粒的合成与方差进行HAuCl的浓度₄和5-HIAA。具体地说,第一个浓度变化是5-HIAA的0.75毫米。DI的初始体积的变化多样,以弥补5-HIAA补充道。样品1到5,10毫升,5毫升,2.5毫升,1.67毫升,1.25毫升的0.75毫米5-HIAA被添加。HAuCl体积的1%₄在579.2中增加了保持不变μl .第二套合成进行如上所述2。2,但HAuCl的浓度的变化₄。DI的初始体积变化来弥补HAuCl的变化₄补充道,虽然0.75毫米的体积在5毫升5-HIAA保持不变。在样品1到4中,678.0μ579.2 L,μ482.6 L,μL和386.1μL 1%的HAuCl₄是补充道。由此产生的扫描电镜图像如图4来自5-HIAA的方差。是观察到的所有变化都成功地创造了金纳米粒子,但形状和大小为每个5-HIAA浓度是不同的。

似乎阻碍了反应浓度越高,浓度在文献中导致金纳米粒子与以前的结果一致。低浓度创建的金纳米粒子用更少的边缘和定义不一致的形状。由此产生的扫描电镜图像如图5来自HAuCl的差异₄。是观察到的所有变化都是成功创建类似的形状和大小的金纳米粒子。HAuCl的浓度₄似乎并没有那么强烈的决定因素的合成。似乎有一个较低的阈值,作为最低浓度仍然创造了金纳米粒子,但以更少的人口。

3.5。溴化钾的影响

图6显示了扫描电镜的图像生成的金纳米粒子浓度增加时KBr被添加到合成。所有三个变化表明,金纳米粒子被成功创建。较低浓度的KBr似乎阻碍合成。KBr创造了许多平面形状的浓度越高,但是纳米颗粒的边缘磨损,见图的插图照片6 (c)。0.075毫米的合成涉及引进KBr显示增加的平面形状相比缺乏KBr的合成。合成的0.075毫米KBr似乎导致更多的平面形状的目的方向相比原来的合成。KBr本身是一个还原剂19]。纳米颗粒形态对溴离子浓度的依赖可能被解释的基础上,选择性吸附的溴化(111)非盟的晶体方面,因为它曾表明,卤化物离子吸附在金表面结合能,规模与水晶方面((111)> (110)> (100))(18,20.]。

3.6。各向异性非盟NPs的表征和分析应用

图7显示了合成的两个方面:(1)视觉图像生成的金纳米粒子的解决方案缺乏KBr(左)和在0.075毫米KBr(右)和(2)相应的紫外可见光谱。这种典型的紫外吸收值黄金纳米颗粒合成约540海里(21]。合成没有KBr接近这个值,与KBr-mediated合成纳米颗粒显示吸收波长更长的时间。紫外可见吸收光谱不能获得好盟NP方案的0.090毫米KBr,所有非盟NPs沉入试管的底部。

图8显示了结晶紫的拉曼光谱(1毫米)与785海里激发这两种合成获得。最高频谱测量从第一批装有0.075毫米KBr盟NPs解决方案,并提供一个更高的信号激发波长。估计增强5.4×10倍⁶获得了乐队的强度的基础上,集中在724厘米吗⁻¹结晶紫的拉曼光谱。Postsynthesis孤立的个体形状的金纳米棱柱通过技术,如蔗糖梯度分离(21)是目前在我们组进行。

4所示。结论

我们已经证明了各向异性非盟NPs的简单合成,并没有涉及使用任何模板,种子,表面活性剂或聚合物。温度、顺序和添加方式和氯金酸比还原剂是极其重要的。最成功的过程导致的生产最多的Au纳米棱柱在一批纳米粒子如下。5毫升的5-HIAA(0.75毫米),579.2μL (HAuCl₄1% (w / v)和5毫升的KBr(0.75毫米)与去离子水混合形成的溶液50毫升的总量。的解决方案是混合搅拌板设置在大约300 rpm环境条件下30分钟。非盟好了NPs展出优秀的拉曼增强当Raman-active化合物(即测试。,crystal violet) and showed great potential as a novel substrate for SERS-based chemical and biological sensors.

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由美国国家科学基金会(奖号。hrd - 1238441和dmr - 1523617)和北卡罗莱纳空间格兰特财团。作者感谢共享材料杜克大学仪器设备(SMIF)和马文Wu博士数学和物理学系本校授予他们访问扫描电子显微镜。

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