RU2802348C1 - Method for purification of single-layer carbon nanotubes - Google Patents

Method for purification of single-layer carbon nanotubes Download PDF

Info

Publication number
RU2802348C1
RU2802348C1 RU2023103987A RU2023103987A RU2802348C1 RU 2802348 C1 RU2802348 C1 RU 2802348C1 RU 2023103987 A RU2023103987 A RU 2023103987A RU 2023103987 A RU2023103987 A RU 2023103987A RU 2802348 C1 RU2802348 C1 RU 2802348C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
swcnts
hypochlorite
nanotubes
concentration
carbon nanotubes
Prior art date
Application number
RU2023103987A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ирина Ивановна Власова
Шакир Камилевич Сулейманов
Тимофей Олегович Ключерев
Настасья Владимировна Кошелева
Петр Сергеевич Тимашев
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет) (ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Се
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет) (ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Се filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет) (ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Се
Application granted granted Critical
Publication of RU2802348C1 publication Critical patent/RU2802348C1/en

Links

Abstract

FIELD: nanotechnology.
SUBSTANCE: invention relates to a method for cleaning and "soft" oxidation of the surface of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs). The invention can be used to clean the surface of nanotubes for their subsequent functionalization with various biologically active molecules for the purpose of biomedical applications for the therapy of a number of pathologies, as well as for the use of SWCNTs in the manufacture of accurate diagnostic instruments and probes. The method for cleaning single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) consists in dispersing SWCNTs in water, then they are diluted in a buffer at neutral pH to a concentration of 100 mcg/ml, after which the treatment of SWCNTs with hypochlorite is started, adding it to a concentration of 50-250 mcM, at the same time, oxidation is monitored by instrumental measurement of optical absorption spectra not earlier than 7-8 hours after each addition of hypochlorite, which is carried out until the amplitude of the suspension spectrum in the near infrared region decreases by 12-20% relative to the control sample, to which an equivalent water volume is added instead of hypochlorite.
EFFECT: increased efficiency of purification of SWCNTs.
1 cl, 3 dwg, 4 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способу очистки и «мягкого» окисления поверхности однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ). Изобретение может быть использовано для очистки поверхности нанотрубок для последующей их функционализации различными биологически активными молекулами с целью биомедицинских применений для терапии ряда патологий, а также для использования ОУНТ в изготовлении точных диагностических приборов и зондов.The invention relates to the field of nanotechnology, namely to a method for cleaning and "soft" oxidation of the surface of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs). The invention can be used to clean the surface of nanotubes for their subsequent functionalization with various biologically active molecules for the purpose of biomedical applications for the therapy of a number of pathologies, as well as for the use of SWCNTs in the manufacture of accurate diagnostic instruments and probes.

Уровень техникиState of the art

В последнее десятилетие произошел существенный прогресс в области использования наноматериалов для биомедицины, особенно быстро развивается сфера применения углеродных нанотрубок (УНТ). Углеродная нанотрубка - это цилиндр из одного слоя графена (однослойные нанотрубки, ОУНТ), или нескольких соосных цилиндров (многослойные). Благодаря своему строению и размерам, углеродные нанотрубки обладают уникальными физико-химическими свойствами. Они в 20 раз прочнее стали, химически инертны, электропроводность в 1000 раз выше, чем у меди, имеют особые свойства проводимости и т.д. Это делает их перспективными для применения в различных областях наукоемких технологий. Кроме того, высокое соотношение площади поверхности по сравнению с длиной, высокая теплопроводность и хорошая способность проникать внутрь клетки делают УНТ перспективными наночастицами для применения в медицине для адресной доставки лекарств, тканевой инженерии, биоимиджинга, биосенсоров и терапии опухолей (Thakur A., et al. Carbon nanotubes: Types, synthesis, cytotoxicity and applications in biomedical. Materials Today: Proceedings, 2022; 50(5): 2256-2268. doi: 10.1016/j.matpr.2021.10.002). С целью улучшения биосовместимости ОУНТ их функционализируют, то есть химически модифицируют поверхность нанотрубок для улучшения их растворимости, снижения токсичности и придания специальных свойств для использования в таргетной терапии. УНТ окисляют сильными кислотами, модифицируют полигликолями и др., присоединение к поверхности наночастиц таргетных молекул и лекарственных препаратов позволяет обеспечить направленную терапию различных локальных патологий. Функционализация нанотрубок может быть ковалентной, тогда к ним химически присоединяют различные молекулы, улучшающие их биосовместимость (PEG, PEI), а также лекарственные препараты или таргетные молекулы. В случае нековалентной функционализации биомолекулы, поверхностно-активные вещества, полимеры и другие химические вещества сорбируются на поверхности УНТ. Образование нековалентной связи происходит за счет сил, обеспечивающих адсорбцию, таких как электростатическая сила, водородные связи, силы Ван-дер-Ваальса и взаимодействия π-стэкинга (Murjani, ВО, et al. Carbon nanotubes in biomedical applications: current status, promises, and challenges. Carbon Lett. 2022; 32:1207-1226. doi:10.1007/s42823-022-00364-4). С другой стороны, эти же силы обеспечивают сорбцию различных посторонних веществ на поверхности нанотрубок, таких как белки, липиды, бактериальные липополисахариды и др. Например, связывание белков с УНТ очень сильное - константы диссоциации комплексов белков с нанотрубками лежат в диапазоне 1-0.1 мкМ. Поскольку в производстве нанотрубок и в дальнейшей лабораторной работе с ними стерильность не соблюдается, на поверхности наночастиц могут сорбироваться различные активные вещества, которые изменяют свойства наночастиц. Удаление органики, а также примесных остатков аморфного углерода, оставшихся после каталитических процессов синтеза УНТ, возможно с помощью ряда физических методов, а также с использованием растворителей, таких как спирт и Н2О2 (Алексашина ЕВ и др. Кислотная активация углеродных нанотрубок. Конденс. среды и межфазные границы 2009; 11(2): 101-105; Жерлицин АГ и др. Получение углеродных нанотрубок из природного газа. Вестник науки Сибири 2012; 3(4):30-36). Однако, эти вещества сложно удалить из нанотрубок, они могут оставаться во внутренней полости наночастиц и влиять на их свойства.In the last decade, there has been significant progress in the use of nanomaterials for biomedicine, especially in the field of carbon nanotubes (CNTs). A carbon nanotube is a cylinder made of one layer of graphene (single-walled nanotubes, SWCNTs), or several coaxial cylinders (multilayer). Due to their structure and size, carbon nanotubes have unique physical and chemical properties. They are 20 times stronger than steel, chemically inert, electrical conductivity is 1000 times higher than that of copper, have special conductive properties, etc. This makes them promising for use in various fields of high technologies. In addition, a high surface area to length ratio, high thermal conductivity, and good ability to penetrate into cells make CNTs promising nanoparticles for medical applications for targeted drug delivery, tissue engineering, bioimaging, biosensors, and tumor therapy (Thakur A., et al. Carbon nanotubes: Types, synthesis, cytotoxicity and applications in biomedical Materials Today: Proceedings, 2022; 50(5): 2256-2268 doi: 10.1016/j.matpr.2021.10.002). In order to improve the biocompatibility of SWCNTs, they are functionalized, that is, the surface of nanotubes is chemically modified to improve their solubility, reduce toxicity, and impart special properties for use in targeted therapy. CNTs are oxidized with strong acids, modified with polyglycols, etc. Attaching target molecules and drugs to the surface of nanoparticles makes it possible to provide targeted therapy for various local pathologies. The functionalization of nanotubes can be covalent, then various molecules are chemically attached to them that improve their biocompatibility (PEG, PEI), as well as drugs or target molecules. In the case of non-covalent functionalization, biomolecules, surfactants, polymers, and other chemicals are sorbed on the CNT surface. Non-covalent bonding occurs through adsorption forces such as electrostatic force, hydrogen bonds, van der Waals forces, and π-stacking interactions (Murjani, BO, et al. Carbon nanotubes in biomedical applications: current status, promises, and challenges Carbon Lett 2022; 32:1207-1226 doi:10.1007/s42823-022-00364-4). On the other hand, the same forces ensure the sorption of various foreign substances on the surface of nanotubes, such as proteins, lipids, bacterial lipopolysaccharides, etc. For example, the binding of proteins to CNTs is very strong - the dissociation constants of protein complexes with nanotubes lie in the range of 1–0.1 μM. Since sterility is not observed in the production of nanotubes and in further laboratory work with them, various active substances can be adsorbed on the surface of nanoparticles, which change the properties of nanoparticles. The removal of organics, as well as impurity residues of amorphous carbon left after the catalytic processes of CNT synthesis, is possible using a number of physical methods, as well as using solvents such as alcohol and H 2 O 2 (Aleksashina EV et al. Acid activation of carbon nanotubes. Condensation Environment and interphase boundaries 2009; 11(2): 101-105; Zherlitsin AG et al. Obtaining carbon nanotubes from natural gas. Bulletin of Science of Siberia 2012; 3(4): 30-36). However, these substances are difficult to remove from nanotubes; they can remain in the inner cavity of nanoparticles and affect their properties.

Химикам также известен стандартный методический подход для очистки, модификации и укорочения нанотрубок - это их окисление в результате озвучивания или кипячения в смеси пероксида водорода и сильной кислоты (HNO3, HCl) (Strong, KL, et al. Purification process for single-wall carbon nanotubes. Carbon. 2003; 41(8): 1477-1488. DOI: 0.1016 / S0008-6223(03)00014-9). Окисление нанотрубок позволяет избавиться от примесей металлов и аморфного углерода, а также приводит к появлению на их поверхности заряженных карбонильных и гидроксильных групп, что улучшает растворимость и биосовместимость наночастиц. Такая процедура очистки проводится для большинства нанотрубок при их коммерческом производстве.Chemists also know the standard methodical approach for cleaning, modifying and shortening nanotubes - this is their oxidation as a result of sonication or boiling in a mixture of hydrogen peroxide and a strong acid (HNO 3 , HCl) (Strong, KL, et al. Purification process for single-wall carbon nanotubes Carbon 2003 41(8): 1477-1488 DOI: 0.1016 / S0008-6223(03)00014-9). Oxidation of nanotubes makes it possible to get rid of metal impurities and amorphous carbon, and also leads to the appearance of charged carbonyl and hydroxyl groups on their surface, which improves the solubility and biocompatibility of nanoparticles. This purification procedure is carried out for most nanotubes in their commercial production.

Авторами изобретения также проводились исследования, в которых изучали окисление поверхности УНТ активными формами кислорода и гопогалоидными кислотами. Было показано, что наиболее эффективным оксидантом, способным окислять и деградировать (разрушать) нанотрубки является хлорноватистая кислота (HOCl) - основной продукт миелопероксидазы нейтрофилов. Для доказательства возможность биодеградации УНТ in vivo в очаге воспаления мы проводили длительную обработку УНТ, как однослойных (5-7 дней) так и многослойных (10-15 дней), высокими концентрациями гипохлорита NaOCl (1-10 mM) - натриевой соли HOCl, которая при нейтральных рН существует в растворе в равновесии с HOCl (Vlasova I.I. et al. PEGylated single-walled carbon nanotubes activate neutrophils to increase production of hypochlorous acid, the oxidant capable of degrading nanotubes. Toxicol Appl Pharmacol. 2012; 264(1):131-142. doi: 10.1016/j.taap.2012.07.027; Masyutin AG, Bagrov D.V., Vlasova 1.1., et al. Wall Thickness of Industrial Multi-Walled Carbon Nanotubes Is Not a Crucial Factor for Their Degradation by Sodium Hypochlorite. Nanomaterials. 2018;8(9):715. doi: 10.3390/nano8090715).The inventors also conducted studies in which they studied the oxidation of the CNT surface with reactive oxygen species and hopohalic acids. It has been shown that the most effective oxidant capable of oxidizing and degrading (destroying) nanotubes is hypochlorous acid (HOCl), the main product of neutrophil myeloperoxidase. To prove the possibility of CNT biodegradation in vivo in the focus of inflammation, we carried out long-term treatment of CNTs, both single-layer (5-7 days) and multilayer (10-15 days), with high concentrations of NaOCl hypochlorite (1-10 mM) - the sodium salt of HOCl, which at neutral pH, it exists in solution in equilibrium with HOCl (Vlasova I.I. et al. PEGylated single-walled carbon nanotubes activate neutrophils to increase production of hypochlorous acid, the oxidant capable of degrading nanotubes. Toxicol Appl Pharmacol. 2012; 264(1):131 Masyutin AG, Bagrov D.V., Vlasova 1.1., et al., Wall Thickness of Industrial Multi-Walled Carbon Nanotubes Is Not a Crucial Factor for Their Degradation by Sodium Hypochlorite. 2018;8(9):715 doi: 10.3390/nano8090715).

В работах других авторов также применялся гипохлорит для окисления и деградации нанотрубок. Обработка нативных (as produced) УНТ гипохлоритом для улучшения их растворимости была предложена ранее (заявка US 2009/0048386 Al, публ. 19.02.2009. METHOD FOR TREATMENT OF CARBON NANOTUBES). Авторы использовали экстремально высокие концентрации гипохлорита (0.1-10% или до 1.2 М), а следовательно, щелочные рН раствора и малые времена инкубации (от минут до 24 часов). При таких высоких концентрациях NaOCl модификация УНТ происходит неконтролируемо. Авторы заявки измеряли образование заряженных групп на поверхности УНТ, однако только этот параметр не является характеристикой модификации нанотрубок - в результате окисления на их поверхности могут образовываться дефекты (дырки), и в местах этих дефектов УНТ становятся ломкими и теряют свои уникальные свойства.In the works of other authors, hypochlorite was also used for the oxidation and degradation of nanotubes. Treatment of native (as produced) CNTs with hypochlorite to improve their solubility was previously proposed (application US 2009/0048386 Al, published Feb. 19, 2009. METHOD FOR TREATMENT OF CARBON NANOTUBES). The authors used extremely high concentrations of hypochlorite (0.1–10% or up to 1.2 M), and, consequently, alkaline solution pH and short incubation times (from minutes to 24 hours). At such high concentrations of NaOCl, the modification of CNTs occurs uncontrollably. The authors of the application measured the formation of charged groups on the surface of CNTs, however, this parameter alone is not a characteristic of the modification of nanotubes - as a result of oxidation, defects (holes) can form on their surface, and in the places of these defects, CNTs become brittle and lose their unique properties.

В заявке US 2010/0190239 A1, публ. 29.07.2010 г., предложена обработка нанотрубок пероксидазами - пероксидазой хрена или миелопероксидазой - в присутствии пероксида водорода (Star A., Kagan V.E., Allen B.L. DEGRADATION OF NANOMATERIALS, 2010, Pub. No.: US 2010/0190239 A1). Продуцируемые ферментами оксиданты реагируют с нанотрубками (Публикация авторов: Kagan VE, Konduru N.V., Feng W., Allen B.L., Conroy J., Volkov Y., Vlasova I.I. et al. Carbon nanotubes degraded by neutrophil myeloperoxidase induce less pulmonary inflammation. Nat Nanotechnol. 2010; 5(5):354-359. doi: 10.1038/nnano.2010.44), модифицируют их поверхность, что облегчает деградацию УНТ в организме, а также может быть использовано для удаления УНТ, накопившихся в окружающей среде в месте их производства. Однако добавляемые пероксидазы сами являются биологически активным материалом, могут оставаться на поверхности НТ и реагировать с другими молекулами.In the application US 2010/0190239 A1, publ. On July 29, 2010, the treatment of nanotubes with peroxidases - horseradish peroxidase or myeloperoxidase - in the presence of hydrogen peroxide was proposed (Star A., Kagan V.E., Allen B.L. DEGRADATION OF NANOMATERIALS, 2010, Pub. No.: US 2010/0190239 A1). Oxidants produced by enzymes react with nanotubes (Authors publication: Kagan VE, Konduru N.V., Feng W., Allen B.L., Conroy J., Volkov Y., Vlasova I.I. et al. Carbon nanotubes degraded by neutrophil myeloperoxidase induce less pulmonary inflammation. Nat Nanotechnol. 2010;5(5):354-359 doi: 10.1038/nnano.2010.44), modify their surface, which facilitates the degradation of CNTs in the body, and can also be used to remove CNTs accumulated in the environment at the place of their production. However, the added peroxidases themselves are biologically active materials and can remain on the NT surface and react with other molecules.

Другие физико-химические подходы также использовались для очистки и модификации свойств УНТ. Комбинированное использование микроволнового излучения и Cl2 газа позволяет эффективно удалять примеси катализаторов - переходных металлов, используемых при синтезе УНТ (Gomez V, et al. Enhanced purification of carbon nanotubes by microwave and chlorine cleaning procedures. RSC advances. 2016; 6(14):11895-11902. doi:10.1039/C5RA24854J). В патенте RU 2296046 CI предложен нагрев нанотрубок до температуры 1500-1600°С в парах сульфида цинка для увеличения сорбционной емкости наночастиц.Other physicochemical approaches have also been used to purify and modify the properties of CNTs. The combined use of microwave radiation and Cl 2 gas makes it possible to effectively remove impurities from transition metal catalysts used in the synthesis of CNTs (Gomez V, et al. Enhanced purification of carbon nanotubes by microwave and chlorine cleaning procedures. RSC advances. 2016; 6(14): 11895-11902. doi:10.1039/C5RA24854J). Patent RU 2296046 CI proposes heating nanotubes to a temperature of 1500-1600°C in zinc sulfide vapor to increase the sorption capacity of nanoparticles.

Известно, что хлорноватистая кислота взаимодействует с аморфным углеродом. Активированный уголь используется для дехлорирования воды (С*+HOCl=С*O+Cl-+Н+) (https://aquaboss.ru/poleznye-stati/udalenie-hlora-i-hloramina-na-aktivirovannom-ugle.html), поэтому можно ожидать, что аморфный углерод, сорбированный на углеродных нанотрубках, будет окисляться в присутствии гипохлорита.Hypochlorous acid is known to react with amorphous carbon. Activated carbon is used for water dechlorination (С*+HOCl=С*O+Cl-+Н+) (https://aquaboss.ru/poleznye-stati/udalenie-hlora-i-chloramina-na-aktivirovannom-ugle.html ), so it can be expected that amorphous carbon adsorbed on carbon nanotubes will be oxidized in the presence of hypochlorite.

Следует отметить, что все известные методы обработки нанотрубок не позволяют решить проблему увеличения их биосовместимости, поскольку в них не учитывается необходимость поверхностной очистки и отсутствует постоянный контроль за процессом окислительной модификации НТ, что имеет важное значение для сохранения баланса между свойствами НТ и их растворимостью/биосовместимостью. Сорбированные на поверхности УНТ органические молекулы, не прошедшие очистку, могут оказывать неблагоприятное воздействие на клетки и ткани, и особенно на клетки иммунной системы.It should be noted that all known methods of processing nanotubes do not allow solving the problem of increasing their biocompatibility, since they do not take into account the need for surface cleaning and there is no constant control over the process of oxidative modification of NTs, which is important for maintaining a balance between the properties of NTs and their solubility/biocompatibility. . Unpurified organic molecules sorbed on the surface of CNTs can have an adverse effect on cells and tissues, and especially on cells of the immune system.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности очистки ОУНТ. В результате осуществления способа получаются нанотрубки, не содержащие органических примесей на поверхности и сопутствующего аморфного углерода, при непрерывном контроле за процессом окислительной модификации ОУНТ.The technical result of the invention is to increase the efficiency of purification of SWCNTs. As a result of the implementation of the method, nanotubes are obtained that do not contain organic impurities on the surface and accompanying amorphous carbon, with continuous monitoring of the process of oxidative modification of SWCNTs.

Технический результат достигается за счет того, что проводят диспергирование ОУНТ в воде, затем их разводят в буфере при нейтральном рН до концентрации 100 мкг/мл, после чего начинают обработку ОУНТ гипохлоритом, добавляя его до концентрации 50-250 мкМ, при этом отслеживают окисление путем приборного измерения оптических спектров поглощения не ранее, чем через 7-8 часов после каждой добавки гипохлорита, которые проводят до уменьшения амплитуды спектра суспензии в ближней инфракрасной области на 12-20% относительно контрольной пробы, к которой вместо гипохлорита добавляют эквивалентный объем воды.The technical result is achieved due to the fact that SWCNTs are dispersed in water, then they are diluted in a buffer at neutral pH to a concentration of 100 μg/ml, after which the SWCNTs are treated with hypochlorite, adding it to a concentration of 50-250 μM, while monitoring oxidation by instrumental measurement of optical absorption spectra not earlier than 7-8 hours after each addition of hypochlorite, which is carried out until the amplitude of the suspension spectrum in the near infrared region decreases by 12-20% relative to the control sample, to which an equivalent volume of water is added instead of hypochlorite.

При этом для каждого типа нанотрубок необходимо подбирать свое время обработки (количество добавок NaOCl к ОУНТ), так чтобы уменьшение амплитуды спектров поглощения суспензии ОУНТ составило 12-20%.In this case, for each type of nanotubes, it is necessary to select its own treatment time (the amount of additions of NaOCl to SWCNTs), so that the decrease in the amplitude of the absorption spectra of the SWCNT suspension is 12–20%.

Предложенный способ очистки поверхности ОУНТ основан на разнице в несколько порядков величин скорости реакции HOCl с аморфным углеродом или органическими веществами и с прочными ОУНТ. Константа скорости реакции NaOCl с большинством химических соединений, в том числе с белками и липидами составляет ~ 1-106 М-1с-1) (Pattison DI, et al. Reactions of myeloperoxidase-derived oxidants with biological substrates: gaining chemical insight into human inflammatory diseases. Curr Med Chem., 2006; 13(27):3271-3290. doi: 10.2174/092986706778773095), что позволит очистить поверхность УНТ от возможных примесей. Ранее в работе авторов изобретения было показано, что скорость реакции окислителя с ОУНТ очень медленная, например, для карбоксилированных ОУНТ (к-ОУНТ) она составляет (450±50) нмоль HOCl в час на 1 мг к-ОУНТ (Власова И.И. и др. Индуцированная миелопероксидазой деградация однослойных углеродных нанотрубок определяется синтезом гипохлорита. Биоорг. химия 2011; 37(4):510-521).The proposed method for cleaning the SWCNT surface is based on a difference of several orders of magnitude in the reaction rate of HOCl with amorphous carbon or organic substances and with strong SWCNTs. The rate constant of the reaction of NaOCl with most chemical compounds, including proteins and lipids, is ~ 1-10 6 M -1 s -1 ) (Pattison DI, et al. Reactions of myeloperoxidase-derived oxidants with biological substrates: gaining chemical insight into human inflammatory diseases, Curr Med Chem., 2006; 13(27):3271-3290. doi: 10.2174/092986706778773095), which will make it possible to clean the CNT surface from possible impurities. Previously, in the work of the authors of the invention, it was shown that the rate of the reaction of the oxidizer with SWNTs is very slow, for example, for carboxylated SWNTs (c-SWNTs) it is (450 ± 50) nmol HOCl per hour per 1 mg of c-SWNTs (Vlasova I.I. Myeloperoxidase-induced degradation of single-walled carbon nanotubes is determined by the synthesis of hypochlorite, Bioorganic Chemistry 2011;37(4):510-521).

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена фотография суспензий к-ОУНТ (100 мкг/мл) после обработки гипохлоритом в суммарной концентрации: 1 - 0 мкМ, 2 - 100 мкМ, 3 - 1.5 мМ, На фиг. 2 представлены соответствующие спектры поглощения образцов. Образец 3 иллюстрирует, что к-ОУНТ можно полностью разрушить, добавляя высокие концентрации гипохлорита. На фиг. 3 представлены Рамановские спектры к-ОУНТ после обработки гипохлоритом в суммарной концентрации: 1 - 0 мкМ, 2 - 250 мкМ, 3 - 1.5 мМ G-band 1597 см-1, D-band 1350 см-1. Спектры нормализованы по амплитуде G-полосы.The invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a photograph of suspensions of c-SWNTs (100 μg/ml) after treatment with hypochlorite at a total concentration of 1 - 0 μM, 2 - 100 μM, 3 - 1.5 mM, Fig. 2 shows the corresponding absorption spectra of the samples. Sample 3 illustrates that c-SWNTs can be completely destroyed by adding high concentrations of hypochlorite. In FIG. Figure 3 shows the Raman spectra of c-SWNTs after treatment with hypochlorite in the total concentration: 1 - 0 µM, 2 - 250 µM, 3 - 1.5 mM G-band 1597 cm-1, D-band 1350 cm-1. The spectra are normalized by the amplitude of the G-band.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Предлагаемый способ очистки однослойных углеродных нанотрубок осуществляется следующим образом.The proposed method for cleaning single-walled carbon nanotubes is carried out as follows.

Авторами экспериментально были установлены основные режимные характеристики способа.The authors experimentally established the main regime characteristics of the method.

Нанотрубки диспергируют в деионизированной воде с помощью ультразвукового соникатора (Sonicator Q55, Qsonica, США) при мощности 10 Вт в течение 30 с несколько раз с перерывами 15 с (пробирка помещается на лед) или в ультразвуковой ванне (Elma Ultrasonic, Германия) при 4-10°С по несколько часов, так что суммарное время составляет не менее 10 часов. Использование ультразвуковой соникации позволяет получить суспензию одиночных или собранных в пучки по нескольку штук агрегатов ОУНТ. Вариант использования ультразвуковой ванны предпочтительнее, так как лучше сохраняется нативная структура наночастиц. Затем суспензию ОУНТ центрифугируют при 5000 g в течение 30 мин для осаждения крупных агрегатов наночастиц, супернатант используют для дальнейшей обработки. Стоковые суспензии УНТ в воде (0.8-1.5 мг/мл) хранятся в темноте при 4°С. При длительном хранении (более 1 месяца) необходимо проводить повторное центрифугирование.Nanotubes are dispersed in deionized water using an ultrasonic sonicator (Sonicator Q55, Qsonica, USA) at a power of 10 W for 30 s several times with 15 s intervals (the tube is placed on ice) or in an ultrasonic bath (Elma Ultrasonic, Germany) at 4- 10°C for several hours, so that the total time is at least 10 hours. The use of ultrasonic sonication makes it possible to obtain a suspension of single or several SWCNT aggregates assembled into bundles. The option of using an ultrasonic bath is preferable, since the native structure of nanoparticles is better preserved. Then the SWCNT suspension is centrifuged at 5000 g for 30 min to precipitate large aggregates of nanoparticles, and the supernatant is used for further processing. Stock suspensions of CNTs in water (0.8–1.5 mg/mL) are stored in the dark at 4°C. For long-term storage (more than 1 month), it is necessary to re-centrifuge.

При этом концентрацию нанотрубок определяют, используя коэффициент экстинкции в ближней инфракрасной области (1050-1080 нм), известный от производителя или измеренный по стандартной методике (Liu Z, et al. Supramolecular chemistry on water-soluble carbon nanotubes for drug loading and delivery. ACS Nano 2007; 1(1):50-56. doi: 10.1021/nn700040t.).At the same time, the concentration of nanotubes is determined using the extinction coefficient in the near infrared region (1050-1080 nm), known from the manufacturer or measured according to the standard method (Liu Z, et al. Supramolecular chemistry on water-soluble carbon nanotubes for drug loading and delivery. ACS Nano 2007;1(1):50-56 doi: 10.1021/nn700040t.).

Затем ОУНТ растворяют в 50 мМ Na-фосфатном буфере, рН 7.2 до концентрации 100 мкг/мл для дальнейшей обработки гипохлоритом.Then SWNTs are dissolved in 50 mM Na-phosphate buffer, pH 7.2 to a concentration of 100 μg/mL for further treatment with hypochlorite.

NaOCl стабилен в виде раствора 10-15% хлора в воде, содержащей NaOH. Концентрацию NaOCl в исходном растворе определяют путем измерения оптической плотности при 290 нм (ε=350 М-1 см-1) после последовательных разведений реагента в 5 мМ NaOH. - Концентрация коммерческих растворов NaOCl составляет от 1 до 2 М.NaOCl is stable as a solution of 10-15% chlorine in water containing NaOH. The concentration of NaOCl in the original solution is determined by measuring the optical density at 290 nm (ε=350 M -1 cm -1 ) after successive dilutions of the reagent in 5 mm NaOH. - The concentration of commercial NaOCl solutions is between 1 and 2 M.

Аликвоты NaOCl добавляют к ОУНТ, ресуспендированным в буфере, до концентрации реагента 50-250 мкМ. В случае, если для достижения заданной концентрации NaOCl к суспензии ОУНТ надо добавлять менее 5 мкл исходного раствора гипохлорита, непосредственно перед добавкой необходимо приготовить промежуточный раствор NaOCl в буфере с мМ концентрацией. К контрольным не модифицированным образцам ОУНТ добавляют эквивалентное количество воды.Aliquots of NaOCl are added to SWCNTs resuspended in buffer to a reagent concentration of 50-250 μM. If less than 5 µL of the initial hypochlorite solution must be added to the SWCNT suspension to achieve the desired NaOCl concentration, an intermediate solution of NaOCl in buffer with mM concentration must be prepared immediately before addition. An equivalent amount of water is added to the control unmodified SWCNT samples.

При осуществлении способа очистки однослойных углеродных нанотрубок авторы отслеживали окисление ОУНТ, измеряя их спектры поглощения, что возможно делать с помощью спектрофотометра, позволяющего проводить измерения в ближней инфракрасной области (например, спектрофотометр Cary-50, Varian, США). Измерение оптических спектров суспензии ОУНТ проводят не ранее, чем через 7-8 ч после каждой добавки NaOCl. Этого времени достаточно, чтобы гипохлорит прореагировал с ОУНТ, если в них нет примесей. Инкубацию можно проводить дольше (например, инкубация в ночь). Инкубацию проводят в темном месте при комнатной температуре. Если в суспензиях видны агрегаты нанотрубок или поглощение в контроле изменилось более чем на 10%, перед записью спектров суспензии ОУНТ подвергаются ультразвуковой обработке по 15 с два раза с интервалом 10 с с помощью ультразвукового гомогенизатора (Sonopuls HD 2070, Bandelin Electronic, Германия) при 10 Вт, 20 кГц. Для измерения оптических спектров ОУНТ разводят в воде, так чтобы проводить измерения в оптимальном диапазоне поглощения, которое рекомендовано для прибора. Для регистрации Рамановских спектров каплю раствора высушивают на стекле. Исследование образцов методом спектроскопии комбинационного рассеяния проводят с использованием лазера 514 нм (Ar, 20 мВт) с помощью ND (neutral density) фильтров с варьируемой мощностью в интервале 0.1-1 мВт.When implementing a method for cleaning single-walled carbon nanotubes, the authors monitored the oxidation of SWCNTs by measuring their absorption spectra, which can be done using a spectrophotometer that allows measurements in the near infrared region (for example, a Cary-50 spectrophotometer, Varian, USA). Measurement of the optical spectra of the SWCNT suspension is carried out no earlier than 7-8 hours after each addition of NaOCl. This time is sufficient for hypochlorite to react with SWCNTs if they do not contain impurities. Incubation can be carried out longer (eg overnight incubation). Incubation is carried out in a dark place at room temperature. If nanotube aggregates are visible in the suspensions or the absorption in the control changed by more than 10%, before recording the spectra, the SWCNT suspensions are subjected to ultrasonic treatment for 15 s twice with an interval of 10 s using an ultrasonic homogenizer (Sonopuls HD 2070, Bandelin Electronic, Germany) at 10 W, 20 kHz. To measure optical spectra, SWNTs are diluted in water so that measurements are made in the optimal absorbance range recommended for the instrument. To register Raman spectra, a drop of the solution is dried on glass. The study of samples by Raman spectroscopy is carried out using a 514 nm laser (Ar, 20 mW) using ND (neutral density) filters with a variable power in the range of 0.1-1 mW.

Общее количество добавленного гипохлорита, необходимого для удаления примесей и начала мягкого окисления поверхности УНТ, зависит от количества примесей, но обычно не превышает 1 мМ. Очистку нанотрубок от примесей и окисление их поверхности можно считать завершенными, когда поглощение суспензии на 1060 нм уменьшалось на 12-20%. Уменьшение оптического поглощения означает, что начинается модификация углеродной поверхности ОУНТ, дальнейшая обработка может привести к модификации структуры ОУНТ и их деградации.The total amount of added hypochlorite required to remove impurities and start mild oxidation of the CNT surface depends on the amount of impurities, but usually does not exceed 1 mM. The purification of nanotubes from impurities and the oxidation of their surface can be considered completed when the absorption of the suspension at 1060 nm decreased by 12–20%. A decrease in optical absorption means that the modification of the SWCNT carbon surface begins; further processing can lead to the modification of the SWCNT structure and their degradation.

Изобретение поясняется примерами.The invention is illustrated by examples.

Пример 1Example 1

Карбоксилированные однослойные УНТ (к-УНТ) покупали у фирмы Carbon Solutions Inc. (США). 5 мг к-ОУНТ помещали в пробирку типа эппендорф и добавляли 1 мл mQ воды. Соникацию нанотрубок проводили с помощью ультразвукового соникатора Sonicator Q55, Qsonica, США, помещая зонд прибора в пробирку, которая устанавливалась в стакан со льдом. Ультразвуковую обработку проводили по при мощности 10 Вт в течение 30 с 5 раз с 15 с перерывами. Полученную суспензию центрифугировали при 5000g 30 мин, отбирали супернатант, и его опять центрифугировали при тех же условиях. Для определения концентрации к-ОУНТ использовали коэффициент экстинкции 13.2 ml mg-1 cm-1 (Vlasova I.I., et al. PEGylated single-walled carbon nanotubes activate neutrophils to increase production of hypochlorous acid, the oxidant capable of degrading nanotubes. Toxicol Appl Pharmacol. 2012; 264(1): 131-142. doi: 10.1016/j.taap.2012.07.027). Концентрация составила (1.5±0.2) мг/мл. Суспензию нанотрубок добавляли к 2 мл 50 мМ Na-фосфатного буфера, рН 7.2 так, чтобы конечная концентрация к-ОУНТ была 100 мкг/мл. Суспензию распределяли по 1 мл в пробирки - контроль и проба для обработки NaOCl. Коммерческий раствор NaOCl имел концентрацию 1.5 М гипохлорита, его разбавляли в 150 раз для приготовления рабочего 10 мМ раствора NaOCl в буфере. К пробе добавляли 5 мкл этого раствора до конечной концентрации 50 мкМ. К контрольной пробе добавили 5 мкл воды. После первой добавки инкубировали суспензии в течение 8 ч при комнатной температуре в темном месте, после инкубации измеряли поглощение при 1060 нм. Для этого брали аликвоту суспензии к-ОУНТ и добавляли к ней дистиллированную воду в соотношении 1:2. Измерения повторяли 3 раза, для измерений использовали спектрофотометр Cary-50, Varian, США. Поглощение обработанной гипохлоритом пробы достоверно не изменилось (поглощения в пробе с гипохлоритом уменьшилось менее, чем на 10% относительно контроля). После чего к суспензии добавили еще 5 мкл 10 мМ NaOCl и инкубировали суспензию 16 ч (в ночь), после чего измеряли поглощение: изменения поглощения составили (18±4) % от значений в контрольной суспензии. Для контроля за модификацией НТ записывали спектры. Фото суспензий ОУНТ представлено на фиг. 1, соответствующие спектры поглощения приведены на фиг. 2. Дальнейшие добавки реагента приводят к деградации (разрушению) наноструктур (фиг. 1, 2 образец 3). Деградация наночастиц сопровождается не только уменьшением оптического поглощения растворов, но и исчезновением характерных полос поглощения ОУНТ - металлической (Ml) и полупроводниковой (S2). В случае очистки и слабого окисления поверхности ОУНТ добавки гипохлорита возможны только при полном сохранении полос Ml и S2 (фиг. 2, кривая 2).Carboxylated single-walled CNTs (c-CNTs) were purchased from Carbon Solutions Inc. (USA). 5 mg of c-SWNTs were placed in an Eppendorf tube and 1 ml of mQ water was added. Nanotubes were sonicated using an ultrasonic sonicator Sonicator Q55 (Qsonica, USA), placing the probe of the device into a test tube, which was placed in a beaker with ice. Ultrasonic treatment was carried out at a power of 10 W for 30 s 5 times with 15 interruptions. The resulting suspension was centrifuged at 5000g for 30 min, the supernatant was taken, and it was centrifuged again under the same conditions. To determine the c-SWNT concentration, an extinction coefficient of 13.2 ml mg -1 cm -1 was used (Vlasova II, et al. PEGylated single-walled carbon nanotubes activate neutrophils to increase production of hypochlorous acid, the oxidant capable of degrading nanotubes. Toxicol Appl Pharmacol. 2012; 264(1): 131-142 doi: 10.1016/j.taap.2012.07.027). The concentration was (1.5±0.2) mg/ml. The nanotube suspension was added to 2 ml of 50 mM Na-phosphate buffer, pH 7.2, so that the final concentration of c-SWNTs was 100 μg/ml. The suspension was distributed in 1 ml tubes - control and sample for treatment with NaOCl. The commercial NaOCl solution had a concentration of 1.5 M hypochlorite and was diluted 150 times to prepare a working 10 mM NaOCl solution in buffer. 5 µl of this solution was added to the sample to a final concentration of 50 µM. 5 μl of water was added to the control sample. After the first addition, the suspensions were incubated for 8 h at room temperature in a dark place; after incubation, the absorbance at 1060 nm was measured. To do this, an aliquot of c-SWNT suspension was taken and distilled water was added to it in a ratio of 1:2. The measurements were repeated 3 times; for measurements, a Cary-50 spectrophotometer, Varian, USA was used. The absorbance of the hypochlorite-treated sample did not change significantly (the absorbance in the sample with hypochlorite decreased by less than 10% relative to the control). After that, another 5 μl of 10 mM NaOCl was added to the suspension and the suspension was incubated for 16 h (overnight), after which the absorbance was measured: absorbance changes were (18 ± 4)% of the values in the control suspension. Spectra were recorded to control the NT modification. A photo of SWNT suspensions is shown in Fig. 1, the corresponding absorption spectra are shown in FIG. 2. Further additions of the reagent lead to degradation (destruction) of nanostructures (Figs. 1, 2, sample 3). The degradation of nanoparticles is accompanied not only by a decrease in the optical absorption of solutions, but also by the disappearance of the characteristic absorption bands of SWCNTs - metallic (Ml) and semiconductor (S2). In the case of cleaning and weak oxidation of the SWCNT surface, the addition of hypochlorite is possible only if the Ml and S2 bands are completely preserved (Fig. 2, curve 2).

Характеризовать деградацию УНТ можно с помощью других методов, например, динамическое рассеяние света и Рамановская спектроскопия. Однако, эти методы более трудоемки, чем измерение спектров поглощения, менее достоверны и требуют специального оборудования. На фиг. 3 приведены Рамановские спектры нанотрубок с разной степенью деградации, полученные с помощью многофункциональной системы исследования методом спектроскопии рамановского рассеяния (Инсайнс солюшнс, Россия). Основное отличие спектров - деградация нанотрубок сопровождается увеличением соотношения амплитуды пиков G и D, что служит стандартным маркером окисления ОУНТ (Russier J. et al. Oxidative biodegradation of single-and multi-walled carbon nanotubes. Nanoscale. 2011; 3(3):893-896. doi: 10.1039/c0nr00779j).CNT degradation can be characterized by other methods, such as dynamic light scattering and Raman spectroscopy. However, these methods are more laborious than the measurement of absorption spectra, are less reliable and require special equipment. In FIG. Figure 3 shows the Raman spectra of nanotubes with different degrees of degradation obtained using a multifunctional Raman scattering spectroscopy system (Insight Solutions, Russia). The main difference between the spectra is that the degradation of nanotubes is accompanied by an increase in the amplitude ratio of the G and D peaks, which serves as a standard marker of SWCNT oxidation (Russier J. et al. Oxidative biodegradation of single-and multi-walled carbon nanotubes. Nanoscale. 2011; 3(3):893 -896. doi: 10.1039/c0nr00779j).

Полученные ОУНТ не содержат органических примесей и аморфного углерода, они могут быть далее осаждены ультрацентрифугированием (не менее 200000 g) и высушены, в таком виде нанотрубки хранятся в холодильнике в течение нескольких лет, и в дальнейшем могут быть использованы для функционализации таргетными молекулами.The obtained SWCNTs do not contain organic impurities and amorphous carbon, they can be further precipitated by ultracentrifugation (at least 200,000 g) and dried; in this form, nanotubes are stored in a refrigerator for several years, and can later be used for functionalization with target molecules.

Пример 2Example 2

В качестве примера контаминации нанотрубок органическими соединениями мы использовали липополисахариды (ЛПС), которые добавляли к суспензии к-ОУНТ. к-ОУНТ были приготовлены, как описано в примере 1. Далее нанотрубки разводили в 1 мл 50 мМ Na-фосфатного буфера, рН 7.2, содержащем 1 мг/мл ЛПС (около 200 мкМ). Раствор распределяли в пробирки по 0.5 мл - контроль и проба для обработки. Готовили рабочий раствор 10 мМ NaOCl в буфере. Гипохлорит быстро взаимодействует с ЛПС, как и с любой органической молекулой, можно ожидать, что часть добавленного гипохлорита уйдет на взаимодействие с ЛПС. Поэтому добавки концентрацию гипохлорита в пробах увеличили. Добавка 75 мкМ NaOCl с последующей инкубацией 7 часов не привела к изменению поглощения пробы относительно контроль (проба, к которой добавлена вода). После второй добавки 75 мкМ и последующей инкубации 16 часов также не наблюдали достоверных (более 10%) отличий в поглощении пробы и контроля. После третьей добавки 75 мкл поглощение суспензии уменьшилось на (15±2)%. При этом форма спектров не изменилась, специфические полосы поглощения M1 и S2 имели такую же форму, как в контрольной пробе. Суммарная концентрация добавленного гипохлорита составила 225 мкМ, это выше, чем в примере 1, что говорит о взаимодействии NaOCl с добавленным ЛПС.As an example of the contamination of nanotubes with organic compounds, we used lipopolysaccharides (LPS), which were added to a suspension of c-SWNTs. c-SWNTs were prepared as described in Example 1. Next, the nanotubes were diluted in 1 ml of 50 mM Na-phosphate buffer, pH 7.2, containing 1 mg/ml LPS (about 200 μM). The solution was distributed into test tubes of 0.5 ml - control and sample for processing. A working solution of 10 mM NaOCl in buffer was prepared. Hypochlorite interacts rapidly with LPS, as with any organic molecule, it can be expected that part of the added hypochlorite will go to interact with LPS. Therefore, additives increased the concentration of hypochlorite in the samples. The addition of 75 μM NaOCl followed by an incubation of 7 hours did not change the absorbance of the sample relative to the control (sample to which water was added). After the second addition of 75 μM and subsequent incubation for 16 hours, no significant (more than 10%) differences were observed in the absorption of the sample and control. After the third addition of 75 µl, the absorption of the suspension decreased by (15±2)%. At the same time, the shape of the spectra did not change; the specific absorption bands M1 and S2 had the same shape as in the control sample. The total concentration of added hypochlorite was 225 μM, which is higher than in example 1, which indicates the interaction of NaOCl with added LPS.

Пример 3Example 3

Амидированные ОУНТ (ам-ОУНТ) имеют в своем составе ковалентно связанные с поверхностью нанотрубок амидные группы. Не более 1% атомов углерода УНТ связаны с амидными группами. 3 мг к-ОУНТ помещали в пробирку типа эппендорф и добавляли 500 мкл mQ воды. Чтобы не нарушить функционализацию ОУНТ, в этом случае использовали более мягкую ультразвуковую обработку. Соникацию нанотрубок проводили в ультразвуковой ванне (Elma Ultrasonic, Германия) при 4-10°С в течение 2 часов 8 раз с перерывами в течение нескольких часов. Полученную суспензию центрифугировали при 5000g 30 мин, отбирали супернатант и опять центрифугировали при тех же условиях. Для определения концентрации ПЭГ-ОУНТ использовали коэффициент экстинкции 15 ml mg-1 cm-1. Спектры поглощения этих УНТ выглядят также как спектры к-ОУНТ (фиг. 2). Гипохлорит реагирует с амидными (пептидными) группами с образованием хлорамидов (Hawkins C.L. et al. Hypochlorite-induced oxidation of amino acids, peptides and proteins. Amino acids 2003; 25:259-274. DOI 10.1007/s00726-003-0016-x), поэтому концентрацию гипохлорита в суспензии после каждой добавки увеличили до 100 мкМ. После первой и второй добавок 100 мкМ NaOCl и инкубации проб 8 и 16 часов, соответственно, не наблюдали различий в поглощении при 1060 нм между контрольным образцом и пробой, обработанной гипохлоритом. Третья добавка 100 мкМ NaOCl привела к уменьшению поглощения пробы на (10±2)% относительно контроля. После четвертой добавки поглощения контроля и пробы отличались на (19±2)%. Спектры контрольной и обработанной гипохлоритом проб не отличались по форме. Таким образом, обработку ам-ОУНТ заверили после добавления 400 мкМ NaOCl.Amidated SWCNTs (am SWCNTs) contain amide groups covalently bonded to the surface of nanotubes. Not more than 1% of the carbon atoms of CNTs are associated with amide groups. 3 mg of c-SWNTs were placed in an Eppendorf tube and 500 µl of mQ water was added. In order not to disturb the functionalization of SWCNTs, in this case, softer ultrasonic treatment was used. Sonication of nanotubes was carried out in an ultrasonic bath (Elma Ultrasonic, Germany) at 4–10°C for 2 hours 8 times with interruptions for several hours. The resulting suspension was centrifuged at 5000g for 30 min, the supernatant was taken and centrifuged again under the same conditions. An extinction coefficient of 15 ml mg -1 cm -1 was used to determine the PEG-SWNT concentration. The absorption spectra of these CNTs also look like the spectra of c-SWNTs (Fig. 2). Hypochlorite reacts with amide (peptide) groups to form chloramides (Hawkins CL et al. Hypochlorite-induced oxidation of amino acids, peptides and proteins. Amino acids 2003; 25:259-274. DOI 10.1007/s00726-003-0016-x) , so the concentration of hypochlorite in the suspension after each addition was increased to 100 μm. After the first and second additions of 100 μM NaOCl and sample incubation for 8 and 16 hours, respectively, no difference was observed in absorbance at 1060 nm between the control sample and the sample treated with hypochlorite. The third addition of 100 μM NaOCl resulted in a decrease in sample uptake by (10±2)% relative to the control. After the fourth addition, the absorption of control and sample differed by (19±2)%. The spectra of the control and samples treated with hypochlorite did not differ in shape. Thus, the processing of am-SWNTs was verified after the addition of 400 μM NaOCl.

Пример 4Example 4

Пегилированные ОУНТ (ПЭГ с молекулярной массой 600 Да) получали из Carbon Solutions Inc. (США). Используемый тип ПЭГ-УНТ представляет собой кополимер, в котором не более 1% атомов углерода УНТ связаны с молекулами ПЭГ, и содержание ПЭГ составляет 10-25 мас. %. Аналогично примеру 3, для диспергирования ОУНТ использовали ультразвуковую баню. Для определения концентрации ПЭГ-ОУНТ использовали коэффициент экстинкции 20.2 ml mg-1 cm-1. Спектры поглощения этих УНТ выглядят также как спектры к-ОУНТ (фиг. 2). Для очистки ПЭГ-ОУНТ к ним добавляли NaOCl так, что концентрация реагента после каждой добавки составляла 250 мкМ. Гипохлорит не реагирует с ПЭГ. Для уменьшения амплитуды спектра суспензии ПЭГ-ОУНТ в фосфатном буфере рН 7.2 в области 1060 нм на (20±2)% понадобилось сделать 2 добавки гипохлорита, в суммарная концентрация составила 500 мкМ NaOCl.PEGylated SWCNTs (600 Da PEGs) were obtained from Carbon Solutions Inc. (USA). The type of PEG-CNT used is a copolymer in which not more than 1% of the CNT carbon atoms are bonded to PEG molecules and the PEG content is 10-25 wt. %. Analogously to example 3, an ultrasonic bath was used to disperse SWNTs. To determine the concentration of PEG-SWNTs, an extinction coefficient of 20.2 ml mg -1 cm -1 was used. The absorption spectra of these CNTs also look like the spectra of c-SWNTs (Fig. 2). To purify PEG-SWNTs, NaOCl was added to them so that the concentration of the reagent after each addition was 250 μM. Hypochlorite does not react with PEG. To reduce the amplitude of the spectrum of the suspension of PEG-SWNTs in phosphate buffer pH 7.2 in the region of 1060 nm by (20 ± 2)%, it was necessary to make 2 additions of hypochlorite, with a total concentration of 500 μM NaOCl.

Таким образом, предложенным способом достигается полное удаление из суспензии ОУНТ возможных примесей, таких как органические молекулы и аморфный углерод, с последующим частичным окислением поверхности ОУНТ (уменьшение поглощения на 12-20%), что способствует улучшению биосовместимости и биодеградируемости наночастиц.Thus, the proposed method achieves complete removal of possible impurities from the SWCNT suspension, such as organic molecules and amorphous carbon, followed by partial oxidation of the SWCNT surface (a decrease in absorption by 12–20%), which improves the biocompatibility and biodegradability of nanoparticles.

Claims (1)

Способ очистки однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ), заключающийся в том, что проводят диспергирование ОУНТ в воде, затем их разводят в буфере при нейтральном рН до концентрации 100 мкг/мл, после чего начинают обработку ОУНТ гипохлоритом, добавляя его до концентрации 50-250 мкМ, при этом отслеживают окисление путем приборного измерения оптических спектров поглощения не ранее, чем через 7-8 часов после каждой добавки гипохлорита, которые проводят до уменьшения амплитуды спектра суспензии в ближней инфракрасной области на 12-20% относительно контрольной пробы, к которой вместо гипохлорита добавляют эквивалентный объем воды.A method for cleaning single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), which consists in dispersing SWCNTs in water, then diluting them in a buffer at neutral pH to a concentration of 100 µg/ml, after which the treatment of SWCNTs with hypochlorite is started, adding it to a concentration of 50-250 µM , while monitoring oxidation by instrumental measurement of optical absorption spectra not earlier than 7-8 hours after each addition of hypochlorite, which is carried out until the amplitude of the suspension spectrum in the near infrared region decreases by 12-20% relative to the control sample, to which instead of hypochlorite is added equivalent volume of water.
RU2023103987A 2023-02-21 Method for purification of single-layer carbon nanotubes RU2802348C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802348C1 true RU2802348C1 (en) 2023-08-25

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2386468C2 (en) * 2005-10-07 2010-04-20 Пюр Уотер Пьюрификейшн Продактс Инк. Water filters and methods containing activated carbon particles and surface carbon nanofibers
WO2010059467A2 (en) * 2008-11-14 2010-05-27 Temple University Purification of single walled carbon nanotubes by dynamic annealing
CN102398901A (en) * 2010-09-10 2012-04-04 中国科学院金属研究所 Method for high-efficiency purification of single-wall carbon nanotubes prepared by chemical vapor deposition
CN108163840A (en) * 2017-12-27 2018-06-15 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 Carbon nanotube method of purification, thin film transistor (TFT) and preparation method
CN109867274A (en) * 2017-12-01 2019-06-11 北京华碳元芯电子科技有限责任公司 The method of purification of semi-conductive single-walled carbon nanotubes and its preparation method of film

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2386468C2 (en) * 2005-10-07 2010-04-20 Пюр Уотер Пьюрификейшн Продактс Инк. Water filters and methods containing activated carbon particles and surface carbon nanofibers
WO2010059467A2 (en) * 2008-11-14 2010-05-27 Temple University Purification of single walled carbon nanotubes by dynamic annealing
CN102398901A (en) * 2010-09-10 2012-04-04 中国科学院金属研究所 Method for high-efficiency purification of single-wall carbon nanotubes prepared by chemical vapor deposition
CN109867274A (en) * 2017-12-01 2019-06-11 北京华碳元芯电子科技有限责任公司 The method of purification of semi-conductive single-walled carbon nanotubes and its preparation method of film
CN108163840A (en) * 2017-12-27 2018-06-15 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 Carbon nanotube method of purification, thin film transistor (TFT) and preparation method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Алексашина Е.В. и др. Кислотная активация углеродных нанотрубок. Конденс. среды и межфазные границы 2009; 11(2): 101-105. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Anzar et al. Carbon nanotube-A review on Synthesis, Properties and plethora of applications in the field of biomedical science
Pilehvar et al. Recent advances in electrochemical biosensors based on fullerene‐C60 nano‐structured platforms
Ahlawat et al. Application of carbon nano onions in the biomedical field: Recent advances and challenges
Kurapati et al. Dispersibility‐dependent biodegradation of graphene oxide by myeloperoxidase
Cai et al. Ozonation of single-walled carbon nanotubes and their assemblies on rigid self-assembled monolayers
Bandow et al. Purification of single-wall carbon nanotubes by microfiltration
Horn et al. Lysozyme dispersed single-walled carbon nanotubes: Interaction and activity
Kukovecz et al. On the stacking behavior of functionalized single-wall carbon nanotubes
Bhattacharya et al. Enzymatic ‘stripping’and degradation of PEGylated carbon nanotubes
Singh et al. Carbon Nanotube and Gold‐Based Materials: A Symbiosis
Zeng et al. Tailoring aqueous solubility of functionalized single-wall carbon nanotubes over a wide pH range through substituent chain length
Gao et al. Toward the suppression of cellular toxicity from single-walled carbon nanotubes
Zhang et al. Gold-carbon nanotube nanocomposites: synthesis and applications
Zhang et al. Diameter-dependent degradation of 11 types of carbon nanotubes: Safety implications
Cayuela et al. β-Cyclodextrin functionalized carbon quantum dots as sensors for determination of water-soluble C 60 fullerenes in water
Parviz et al. Engineering two-dimensional nanomaterials to enable structure-activity relationship studies in nanosafety research
RU2802348C1 (en) Method for purification of single-layer carbon nanotubes
Liu et al. Immobilization and Characterization of Glucose Oxidase on Single‐Walled Carbon Nanotubes and Its Application to Sensing Glucose
EA047766B1 (en) METHOD FOR CLEANING SINGLE-WALL CARBON NANOTUBES
Bhoi et al. Surface immobilization of carbon nanotubes by β-cyclodextrins and their inclusion ability
Nishikiori et al. Quantitative characterization of acidic groups on acid-treated multi-walled carbon nanotubes using 1-aminopyrene as a fluorescent probe
Ye et al. Functionalization of CNTs: New routes towards the development of novel electrochemical sensors
Akter et al. Introduction and overview of carbon nanomaterial-based sensors for sustainable response
Muñoz et al. Amyloidogenic peptide/single-walled carbon nanotube composites based on tau-protein-related peptides derived from AcPHF6: preparation and dispersive properties
Liu The functionalization of carbon nanotubes.