Uso de espectroscopia de absorción UV para analizar CNT recubiertos con ssDNA

El ADN monocatenario (ssDNA) muestra una selectividad notable cuando se aplica a nanotubos de carbono de pared simple. Aunque muchos informes anteriores se han centrado en las aplicaciones de estas estructuras, muy pocos informes han analizado su estructura y composición.

Estudiar: Análisis de la composición de nanotubos de carbono de pared simple recubiertos con ssDNA por espectroscopia de absorción UV. Crédito de la imagen Oselote/Shutterstock.com

Un artículo publicado en Nano-letras analizó nanotubos de carbono de pared simple recubiertos con ssDNA por absorción ultravioleta (UV) y midió el contenido total de carbono.

Los resultados revelaron concentraciones promedio de ssDNA y nanotubos de carbono de pared simple en las muestras que permitieron inferir la absorbencia UV promedio de los nanotubos de carbono de pared simple para tres muestras diferentes de nanotubos de carbono de pequeño diámetro producidos a través de los procesos de crecimiento CoMoCAT y HiPco.

Los valores de absortividad medidos cuantificaron la proporción de masa de ssDNA a nanotubos de carbono de pared simple, lo que sugiere el número promedio de átomos de carbono (de nanotubos de carbono) suspendidos en hebras individuales de ssDNA de oligos T30G o T15GT15.

Además, se utilizó espectrofotometría para medir las concentraciones absolutas de muestras similares de nanotubos de carbono de pared simple en dodecilsulfato de sodio (SDS) acuoso, un tensioactivo típico que es transparente a la luz ultravioleta media.

Las simulaciones de dinámica molecular de intercambio de réplicas (REMD) de una hebra de ssDNA se compararon con entornos experimentales. Los resultados revelaron una concordancia entre los átomos de carbono de los nanotubos de carbono de pared simple calculados y medidos experimentalmente por hebra de ssDNA.

¿Qué son los nanotubos de carbono de pared simple?

Los nanotubos de carbono de pared simple son materiales de carbono unidimensionales (1D) donde las láminas de grafeno se enrollan para formar tubos huecos con paredes atómicamente gruesas. Debido a su estructura química y limitaciones dimensionales, este material tiene propiedades mecánicas, eléctricas, térmicas y ópticas excepcionales.

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Las propiedades eléctricas de los nanotubos de carbono dependen de su orientación reticular, que viene dada por dos parámetros (n,m). La desagregación de nanotubos de carbono de pared simple es un paso esencial en las aplicaciones científicas y de ingeniería. Por lo tanto, los nanotubos de carbono de pared simple en bruto se recubren con polímeros (por ejemplo, ssDNA) y tensioactivos y se dispersan en suspensiones líquidas para su fácil desagregación.

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La concentración de soluto juega un papel crítico cuando se trabaja con una solución o suspensión. Sin embargo, la determinación de esta concentración es difícil para la mayoría de las muestras de nanotubos de carbono de pared simple debido a sus composiciones no homogéneas. Aunque las mediciones de absorción óptica son técnicas económicas, rápidas y no destructivas para determinar la concentración de soluto, es necesario conocer los valores de absortividad absoluta.

Los valores específicos (n,m) para las transiciones del infrarrojo cercano están disponibles para una amplia gama de especies de semiconductores. Estos valores no se pueden utilizar para determinar la concentración de nanotubos de carbono de pared simple debido a la dificultad para estimar los nanotubos de carbono de pared simple metálicos, la colección incompleta de la absorbencia conocida de los semiconductores y los espectros de absorción del infrarrojo cercano congestionados.

Como todas las especies (n,m) muestran una absorción robusta en el rango UV, la espectroscopia UV puede proporcionar una región espectral más adecuada para calcular la concentración general de nanotubos de carbono de pared simple.

Análisis de nanotubos de carbono de pared simple recubiertos con ssDNA

El presente estudio demostró un método práctico para medir los coeficientes de extinción UV para muestras de nanotubos de carbono de pared simple con diámetros pequeños cultivados a través de los procesos de crecimiento CoMoCAT y HiPco. La concentración total de carbono de nanotubos de carbono de pared simple y ssDNA en la muestra dializada se midió utilizando un analizador de carbono total.

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Además, la adición de SDS a la muestra permitió la eliminación de ssDNA del nanotubo de carbono de pared simple y facilitó la medición de la concentración de ssDNA puro mediante espectroscopia de absorción UV, lo que proporcionó un espectro de ssDNA sin perturbaciones.

Además, la diferencia en la concentración total de carbono y ssDNA permitió el cálculo de la concentración absoluta de nanotubos de carbono de pared simple, que podría aplicarse para determinar los coeficientes de extinción UV de los nanotubos de carbono de pared simple.

Se realizó una prueba espectrofotométrica de nanotubos de carbono de pared simple en base a los coeficientes de extinción UV obtenidos, que podría ser útil en diversas aplicaciones. Además, la cuantificación de la proporción de masa del ssDNA adsorbido en la superficie en nanotubos de carbono de pared simple indicó el número de átomos de carbono que abarca una hebra de ssDNA.

La validación experimental de las simulaciones REMD de estructuras ssDNA en nanotubos de carbono de pared simple dependía del contenido total de carbono. Por lo tanto, los resultados experimentales respaldaron las simulaciones y proporcionaron una comprensión más profunda de las estructuras de los oligos de ssDNA que cubren los nanotubos de carbono de pared simple.

Conclusión

En conclusión, la composición de los nanotubos de carbono de pared simple distribuidos en oligos de ssDNA se cuantificó mediante la combinación de mediciones del contenido total de carbono y la espectroscopia de absorción UV. El análisis proporcionó los valores absolutos del coeficiente de extinción UV para tres lotes separados de muestras de nanotubos de carbono de pared simple.

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Los valores de los coeficientes resultantes se pueden utilizar para realizar experimentos de absorción UV para determinar las concentraciones absolutas de nanotubos de carbono de pared simple en soluciones acuosas de SDS. El presente estudio también proporcionó las masas relativas de nanotubos de carbono de pared simple y ssDNA en muestras de las que se había extraído ssDNA libre.

La comparación de las proporciones observadas con las predicciones de REMD reveló el número promedio de átomos de carbono por hebra de ssDNA, lo que permitió determinar el número típico de átomos de carbono de nanotubos suspendidos por hebra.

Referencia

Alizadehmojarad, AA, Bachilo, SM, Weisman, RB (2022). Análisis de la composición de nanotubos de carbono de pared simple recubiertos con ssDNA por espectroscopia de absorción UV. Nano-letras. Disponible en: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c02850

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