El ADN monocatenario (ssDNA) ha mostrado una notable selectividad cuando se reviste sobre nanotubos de carbono de pared sencilla. Aunque muchos informes anteriores se han centrado en las aplicaciones de estas estructuras, muy pocos informes han analizado su estructura y composición.
Investigar: Análisis de composición de nanotubos de carbono de pared simple recubiertos con ssDNA mediante 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 mediante absorción ultravioleta (UV) y midió el contenido total de carbono.
Los resultados revelaron las concentraciones promedio de ssDNA y nanotubos de carbono de pared simple en las muestras para determinar la absorbancia UV media promedio de los nanotubos de carbono de pared simple para tres muestras diferentes de nanotubos de carbono de pequeño diámetro producidos por los procesos de crecimiento CoMoCAT y HiPco.
Los valores de absorbancia medidos miden la proporción de masa de ssDNA a nanotubos de carbono de pared simple, que representa el número promedio de átomos de carbono (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 homogéneas de nanotubos de carbono de pared simple en dodecilsulfato de sodio acuoso (SDS), transparente en la región UV media.
Las simulaciones de dinámica molecular de intercambio de replicación (REMD) de una sola hebra de ssDNA se compararon con parámetros experimentales. Los resultados revelaron la coherencia entre los átomos de carbono de 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) en los que las láminas de grafeno forman tubos huecos con paredes del grosor de un átomo. Debido a su composición química y limitaciones dimensionales, este material exhibe excepcionales propiedades mecánicas, eléctricas, térmicas y ópticas.
Las propiedades eléctricas de los nanotubos de carbono dependen de la orientación de la red dada por dos parámetros (n,m). La separación de nanotubos de carbono de pared simple es un paso importante en 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 separación.
La concentración del solvente juega un papel importante cuando se trabaja con una solución o suspensión. Sin embargo, esta concentración es difícil de detectar para la mayoría de las muestras de nanotubos de carbono de pared simple debido a sus composiciones no homogéneas. Aunque las mediciones de absorbancia óptica son técnicas económicas, rápidas y no destructivas, se requiere el conocimiento de los valores de absorbancia absoluta para determinar la concentración de un soluto.
Los valores específicos de (n, m) para las transiciones del infrarrojo cercano están disponibles para una amplia gama de especies de semiconductores. Estos valores no se utilizaron para determinar la concentración de nanotubos de carbono de pared simple debido a la dificultad de estimar los nanotubos de carbono de pared simple metálicos, la colección incompleta de absorción de semiconductores conocida y los espectros de absorción de infrarrojo cercano abarrotados.
Dado que todas las especies (n,m) exhiben una fuerte absorción en el rango UV, la espectroscopia UV puede proporcionar la 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 ha demostrado un método conveniente para medir los coeficientes de extinción UV para muestras de nanotubos de carbono de pared simple de diámetro pequeño cultivadas 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.
Además, agregar SDS a la muestra nos permitió eliminar el ssDNA de los nanotubos de carbono de pared simple y medir la concentración de ssDNA puro mediante espectroscopia de absorción UV, lo que da como resultado un espectro de ssDNA sin perturbaciones.
Además, la diferencia entre la concentración total de carbono y el ssDNA ayudó a calcular la concentración absoluta de nanotubos de carbono de pared simple.
Se realizó una evaluación espectrofotométrica de nanotubos de carbono de pared simple en base a los coeficientes de extinción UV obtenidos, que son útiles en diversas aplicaciones. Además, la medición de la relación de masas de ssDNA adsorbido en superficie y nanotubos de carbono de pared simple indica el número de átomos de carbono cubiertos por una única hebra de ssDNA.
La validación experimental de las simulaciones REMD de estructuras ssDNA en nanotubos de carbono de pared simple depende del contenido de carbono a granel. Por lo tanto, los resultados experimentales respaldaron las simulaciones y proporcionaron una comprensión más profunda de las estructuras de los oligos de ssDNA que incorporan 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 los espectros de absorción UV. El análisis proporcionó valores absolutos del coeficiente de extinción UV para tres bloques de muestras de nanotubos de carbono de pared simple separados.
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 despojadas de ssDNA libre.
La comparación de las proporciones observadas con las predicciones de REMD reveló la cantidad promedio de átomos de carbono por hebra de ssDNA, lo que ayudó a determinar la cantidad típica de átomos de carbono de nanotubos suspendidos por hebra.
Nota
Alizadehmojarad, AA, Bachilo, SM, Weisman, RB (2022). Análisis de composición de nanotubos de carbono de pared simple recubiertos con ssDNA mediante espectroscopia de absorción UV. Nano letras. Disponible en: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c02850
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