Raman spectroscopy of networking of carbon nanotubes wrapped with single- or double-stranded DNA or surrounded by N-methylpyrrolidone molecules: Region of D and G modes

Автор(и)

  • V. A. Karachevtsev B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine Kharkiv 61103 https://orcid.org/0000-0003-4580-6465
  • N. V. Kurnosov B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine Kharkiv 61103 https://orcid.org/0000-0002-2917-9679
  • A. S. Linnik B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine Kharkiv 61103, Ukraine
  • O. S. Lytvyn Borys Grinchenko Kyiv Metropolitan University, Kyiv 04053, Ukraine

DOI (Low Temperature Physics):


https://doi.org/10.1063/10.0043342

Ключові слова:

single-walled carbon nanotubes, DNA, nanotube network, nanotube-molecule noncovalent interaction, Raman spectroscopy

Анотація

Спектри комбінаційного розсіювання одностінних вуглецевих нанотрубок (SWNTs), обгорнутих одноланцюговою (ssDNA) або дволанцюговою ДНК (dsDNA), а також оточених молекулами N-метил-2-піролідону (NMP), було проаналізовано у діапазоні тангенціальної (G) та дефектної (D) мод (1200–1700 cм–1). Сітка нанотрубок була нанесена спреєм з водних суспензій (з ДНК) або NMP на кварцові підкладки. Зображення, отримані за допомогою атомного силового мікроскопа, показали, що сітка утворена окремими нанотрубками та невеликими джгутами. Помітні відмінності у спектрах різних зразків відображають варіації в структурній організації біополімерів оточуючих нанотрубки та особливістю взаємодії молекул NMP з нанотрубками. Мінімальні спектральні відмінності у параметрах D-смуги спостерігаються між сітками SWNTs, обгорнутими ssDNA та dsDNA, хоча ширші смуги G– та G+ у зразках SWNT:dsDNA вказують на наявність невеликих джгутів, ймовірно, через слабшу ефективність зв’язування dsDNA з нанотрубкою порівняно з ssDNA. Навпаки, D-смуга у зразку SWNTs:NMP приблизно вдвічі інтенсивніша, ширша та зміщена в бік нижчої частоти на 2 см–1 порівняно з D-смугою в SWNTs, обгорнутих ДНК, що вказує на сильніше розсіювання, яке пов’язане з дефектами. Положення піка G+ смуги залишається майже незмінним у всіх зразках, тоді як ця смуга в спектрі SWNT:NMP значно ширша. Смуги G– у спектрі SWNT:DNA та SWNT:NMP відрізняються за інтенсивністю та положенням, що відображає різні взаємодії між нанотрубкою та оточенням. Обговорено вплив комбінації таких факторів, як наявність джгутів, перенесення заряду, напруження, індуковане адсорбованими молекулами, та зміна діелектричних констант через різне оточення, на зміщення піку смуги, збільшення інтенсивності та розширення смуг у раманівському спектрі SWNTs.

Посилання

1. H. M. Dewey, A. Lamb, and J. Budhathoki-Uprety, Nanoscale 16, 16344 (2024). https://doi.org/10.1039/D4NR01892C

2. S. Kruss, A. J. Hilmer, J. Zhang, N. F. Reuel, B. Mu, and M. S. Strano, Adv. Drug Deliv. Rev. 65, 1933 (2013). https://doi.org/10.1016/j.addr.2013.07.015

3. M. Zheng, A. Jagota, E. D. Semke, B. A. Diner, R. S. McLean, S. R. Lustig, R. E. Richardson, and N. G. Tassi, Nat. Mater. 2, 338 (2003). https://doi.org/10.1038/nmat877

4. M. V. Karachevtsev, O. S. Lytvyn, S. G. Stepanian, V. S. Leontiev, L. Adamowicz, and V. A. Karachevtsev, J. Nanosci. Nanotechnol. 8, 1473 (2008). https://doi.org/10.1166/jnn.2008.18214

5. N. Nakashima, S. Okuzono, H. Murakami, T. Nakai, and K. Yoshikawa, Chem. Lett. 32, 456 (2003). https://doi.org/10.1246/cl.2003.456

6. G. O. Gladchenko, M. V. Karachevtsev, V. S. Leontiev, and V. A. Valeev, A. Yu. Glamazda, A. M. Plokhotnichenko, and S. G. Stepanian, Mol. Phys. 104, 3193 (2006). https://doi.org/10.1080/00268970601061220

7. K. Umemura, Nanomaterials 5, 321 (2015). https://doi.org/10.3390/nano5010321

8. M. V. Karachevtsev and V. A. Karachevtsev, “Single-walled carbon nanotubes interfaced with DNA/RNA,” in Nanobiophysics: Fundamentals and Applications, edited by V. A. Karachevtsev (Pan Stanford Publishing Pte Ltd., Singapore, 2015), p. 55.

9. D. Pramanik and P. K. Maiti, ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 35287 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.7b06751

10. K. Hirayama, M. Kitamura, N. S. Lin, M. H. Nguyen, B. D. Le, A. T. Mai, S. Mayama, and K. Umemura, ACS Omega 7, 47148 (2022). https://doi.org/10.1021/acsomega.2c06278

11. N. Sultana, H. M. Dewey, A. G. Arellano, and J. Budhathoki-Uprety, Chem. Mater. 36, 4034 (2024). https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c00232

12. P. Hu, J. Zhang, Z. Wen, and C. Zhang, Nanotechnology 22, 335502 (2011). https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/33/335502

13. J. Li, Q. Zhang, D. Yang, and J. Tian, Carbon 42, 2263 (2004). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2004.05.002

14. A. Jori and R. Saito, J. Appl. Phys. 129, 021102 (2021). https://doi.org/10.1063/5.0030809

15. S. Piscanec, M. Lazzeri, J. Robertson, A. C. Ferrari, and F. Mauri, Phys. Rev. B 75, 035427 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.035427

16. X. Wei, S. Li, W. Wang, X. Zhang, W. Zhou, S. Xie, and H. Liu, Adv. Sci. 9, 2200054 (2022). https://doi.org/10.1002/advs.202200054

17. N. V. Kurnosov, V. S. Leontiev, A. S. Linnik, O. S. Lytvyn, and V. A. Karachevtsev, Chem. Phys. 438, 23 (2014). https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2014.04.006

18. S. Giordani, S. D. Bergin, V. Nicolosi, S. Lebedkin, M. M. Kappes, W. J. Blau, and J. N. Coleman, J. Phys. Chem. B 110, 15708 (2006). https://doi.org/10.1021/jp0626216

19. T. Hasan, V. Scardaci, P. H. Tan, A. G. Rozhin, W. I. Milne, and A. C. Ferrari, J. Phys. Chem. C 111, 12594 (2007). https://doi.org/10.1021/jp0723012

20. S. G. Stepanian and M. V. Karachevtsev, A. Yu. Glamazda, V. A. Karachevtsev, and L. Adamowicz, J. Phys. Chem. A 113, 3621 (2009). https://doi.org/10.1021/jp810205a

21. A. Cuervo, P. D. Dans, J. L. Carrascosa, M. Orozco, G. Gomila, and L. Fumagalli, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 111, E3624 (2014). https://doi.org/10.1073/pnas.1405702111

22. V. A. Karachevtsev, A. Yu. Glamazda, U. Dettlaff-Weglikowska, V. S. Leontiev, P. V. Mateichenko, S. Roth, and A. M. Rao, Carbon 44, 1292 (2006). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2005.08.008

23. V. A. Karachevtsev and A. Yu. Glamazda, Fiz. Nizk. Temp. 36, 474 (2010) [Low Temp. Phys. 36, 373 (2010)].https://doi.org/10.1063/1.3432244

24. A. Shankar, J. Mittal, and A. Jagota, Langmuir 30, 3176 (2014). https://doi.org/10.1021/la500013c

25. Y. Piao, J. R. Simpson, J. K. Streit, G. Ao, M. Zheng, J. A. Fagan, and A. R. Hight Walker, ACS Nano 10, 5252 (2016). https://doi.org/10.1021/acsnano.6b01031

26. M. Lazzeri, S. Piscanec, F. Mauri, A. C. Ferrari, and J. Robertson, Phys. Rev. B 73, 155426 (2006). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.155426

27. M. W. Rahman, K. M. Alam, and S. Pramanik, ACS Omega 3, 17108 (2018). https://doi.org/10.1021/acsomega.8b02237

28. S. M. Tabakman, K. Welsher, G. Hong, and H. Dai, J. Phys. Chem. C 114, 19569 (2010). https://doi.org/10.1021/jp106453v

29. H. Kawamoto, T. Uchida, K. Kojima, and M. Tachibana, Chem. Phys. Lett. 432, 172 (2006). https://doi.org/10.1016/j.cplett.2006.10.019

30. M. S. Dresselhaus, A. Jorio, and R. Saito, Annual Rev. Condens. Matter Phys. 1, 89 (2010). https://doi.org/10.1146/annurev-conmatphys-070909-103919

31. A. I. Lopez-Lorente, B. M. Simonet, and M. Valcarcel, Analyst 139, 290 (2014). https://doi.org/10.1039/C3AN00642E

32. L. G. Cancado, A. Jorio, and M. A. Pimenta, Phys. Rev. B 76, 064304 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.064304

33. M. Zheng, A. Jagota, M. S. Strano, A. P. Santos, P. Barone, S. G. Chou, B. A. Diner, M. S. Dresselhaus, R. S. McLean, G. B. Onoa, G. G. Samsonidze, E. D. Semke, M. Usrey, and D. J. Walls, Science 302, 1545 (2003). https://doi.org/10.1126/science.1091911

Downloads

Опубліковано

2026-03-24

Як цитувати

(1)
V. A. Karachevtsev, N. V. Kurnosov, A. S. Linnik, and O. S. Lytvyn, Raman spectroscopy of networking of carbon nanotubes wrapped with single- or double-stranded DNA or surrounded by N-methylpyrrolidone molecules: Region of D and G modes , Low Temp. Phys. 52, 553–559, (2026) [Fiz. Nyzk. Temp. 52, 617–624, (2026)] DOI: https://doi.org/10.1063/10.0043342.

Номер

Том 52 № 5 (2026)

Розділ

Статті

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.