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
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0043342Ключові слова:
single-walled carbon nanotubes, DNA, nanotube network, nanotube-molecule noncovalent interaction, Raman spectroscopyАнотація
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
H. M. Dewey, A. Lamb, and J. Budhathoki-Uprety, Nanoscale 16, 16344 (2024). https://doi.org/10.1039/D4NR01892C
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
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
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
N. Nakashima, S. Okuzono, H. Murakami, T. Nakai, and K. Yoshikawa, Chem. Lett. 32, 456 (2003). https://doi.org/10.1246/cl.2003.456
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
K. Umemura, Nanomaterials 5, 321 (2015). https://doi.org/10.3390/nano5010321
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.
D. Pramanik and P. K. Maiti, ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 35287 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.7b06751
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
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
P. Hu, J. Zhang, Z. Wen, and C. Zhang, Nanotechnology 22, 335502 (2011). https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/33/335502
J. Li, Q. Zhang, D. Yang, and J. Tian, Carbon 42, 2263 (2004). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2004.05.002
A. Jori and R. Saito, J. Appl. Phys. 129, 021102 (2021). https://doi.org/10.1063/5.0030809
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
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
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
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
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
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
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
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
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
A. Shankar, J. Mittal, and A. Jagota, Langmuir 30, 3176 (2014). https://doi.org/10.1021/la500013c
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
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
M. W. Rahman, K. M. Alam, and S. Pramanik, ACS Omega 3, 17108 (2018). https://doi.org/10.1021/acsomega.8b02237
S. M. Tabakman, K. Welsher, G. Hong, and H. Dai, J. Phys. Chem. C 114, 19569 (2010). https://doi.org/10.1021/jp106453v
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
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
A. I. Lopez-Lorente, B. M. Simonet, and M. Valcarcel, Analyst 139, 290 (2014). https://doi.org/10.1039/C3AN00642E
L. G. Cancado, A. Jorio, and M. A. Pimenta, Phys. Rev. B 76, 064304 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.064304
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
