Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tính toán theo nguyên lý đầu tiên về cấu trúc và các tính chất điện tử của BNNT được chức năng hóa bởi phân tử thuốc isoniazid
Tóm tắt
Các cấu trúc nano một chiều như dây nano và ống nano đang thu hút một lượng lớn sự quan tâm nghiên cứu do các tính chất cấu trúc, điện tử và từ tính của chúng. Chúng tôi thực hiện tính toán theo nguyên lý đầu tiên sử dụng lý thuyết mật độ để nghiên cứu các tính chất cấu trúc và điện tử của BNNT được bám dính thuốc isoniazid (INH) thông qua chức năng hóa không cộng hóa trị, sử dụng hàm GGA/PBE và bộ cơ sở DZP được triển khai trong chương trình SIESTA. Cấu trúc băng, mật độ trạng thái và biểu đồ mật độ trạng thái dự đoán (PDOS) cho thấy rằng isoniazid thích bám dính tại vị trí trống trong trường hợp BNNT (5,5), trong khi ở BNNT (10,0), nó lại ưa thích vị trí cầu. Năng lượng bám dính của INH lên BNNT (5,5) nhỏ hơn so với BNNT (10,0), điều này cho thấy rằng BNNT (10,0) với bán kính lớn hơn so với BNNT (5,5) sẽ thuận lợi hơn cho việc bám dính INH, do năng lượng biến dạng tương ứng sẽ cũng thấp hơn. Chức năng hóa các BNNT (5,5) và (10,0) bằng isoniazid thể hiện sự xuất hiện của các trạng thái tạp chất mới (các băng không phân tán) bên trong khoảng cách năng lượng HOMO–LUMO của BNNT tinh khiết, dẫn đến sự gia tăng phản ứng của hệ thống INH/BNNT và giảm khoảng năng lượng của các BNNT. Các biểu đồ PDOS cho thấy đóng góp chính vào các trạng thái tạp chất không phân tán đến từ chính phân tử INH thay vì từ BNNT gần vùng năng lượng Fermi. Tóm lại, chức năng hóa không cộng hóa trị của các BNNT bằng thuốc isoniazid điều chỉnh các tính chất điện tử của BNNT tinh khiết bằng cách giảm khoảng năng lượng của nó so với mức năng lượng Fermi, cũng như cho thấy sự chọn lọc vị trí ưa thích cho sự bám dính của isoniazid lên bề mặt bên của ống nano có độ xoắn khác nhau.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Akdim B, Kim SN, Naik RR, Maruyama B, Pender MJ, Pachter R (2009) Understanding effects of molecular adsorption at the single-wall boron nitride nanotube interface from density functional theory calculations. Nanotechnology 20(355705):1–8
Blase X, Rubio A, Louie SG, Cohen ML (1994) Stability and band gap consistency of boron nitride nanotubes. Europhys Lett 28:335–340
Chen X, Wu P, Rousseas M, Okawa D, Gartner Z, Zettl A, Bertozzi CR (2009) Boron nitride nanotubes are noncytotoxic and can be functionalized for interaction with protein and cells. J Am Chem Soc 131:890–891
Chopra NG, Luyken RL, Cherrey K, Crespi VH, Cohen ML, Louie SG, Zettl A (1995) Boron nitride nanotubes. Science 269:966–967
Dessen A, Quemard A, Blanchard JS Jr, Jacobs WR, Sacchettini JC (1995) Crystal structure and function of the isoniazid target of Mycobacterium tuberculosis. Science 267:1638–1641
Favila A, Gallo M, Glossman-Mitnik D (2007) CHIH-DFT determination of the molecular structure, infrared spectra, UV spectra and chemical reactivity of three antitubercular compounds: rifampicin, isoniazid and pyrazinamide. J Mol Model 13:505–518
Gao Z, Zhi C, Bando Y, Golberg D, Serizawa T (2011) Noncovalent functionalization of disentangled boron nitride nanotubes with flavin mononucleotides for strong and stable visible-light emission in aqueous solution. ACS Appl Mater Interfaces 3:627–632
Golberg D, Han W, Bando Y, Bourgeois L, Kurashima K, Sato T (2001) Synthesis and characterization of ropes made of BN multi-walled nanotubes. Scipta Mater 44:1561–1565
Gou G, Pan B, Shi L (2010) Noncovalent functionalization of BN nanotubes with perylene derivative molecules: an ab initio study. ACS Nano 4:1313–1320
Helland A, Wick P, Koehler A, Schmid K, Som C (2007) Reviewing the environmental and human health knowledge base of carbon nanotubes. Environ Health Perspect 115:1125–1131
Kleinman L, Bylander DM (1982) Efficacious form for model pseudopotentials. Phys Rev Lett 48:1425–1428
Monkhorst HJ, Pack JD (1976) Special points for Brillouin-zone interactions. Phys Rev B 13:5188–5192
Mukhopadhyay S, Gowtham S, Scheicher RH, Pandey R, Karna SP (2010) Theoretical study of physisorption of nucleobases on boron nitride nanotubes: a new class of hybrid nano-biomaterials. Nanotechnology 21(165703):1–6
Pewdew JP, Burke K, Ernzerhof M (1996) Generalized gradient approximation made simple. Phys Rev Lett 77:3865–3868
Rubio A, Corkill JL, Cohen ML (1994) Theory of graphitic boron nitride nanotubes. Phys Rev B 49:5081–5084
Scroeder EK, de Souza ON, Santos DS, Blanchard JS, Basso LA (2002) Drugs that inhibit mycolic acid biosynthesis in Mycobacterium tuberculosis. Curr Pharm Biotechnol 3:197–225
Troullier N, Martins JL (1991) Efficient pseudopotentials for plane-wave calculations. Phys Rev B 43:1993–2006
Wang WL, Bando Y, Zhi CY, Fu WY, Wang EG, Golberg D (2008) Aqueous noncovalent functionalization and controlled near-surface carbon doping of multiwalled boron nitride nanotubes. J Am Chem Soc 130:8144–8145
Zhao J-X, Ding Y (2010) Theoretical study of noncovalent functionalization of BN nanotubes by various aromatic molecules. Diam Relat Mater 19:1073–1077
Zhi C, Bando Y, Tang C, Golberg D (2006) Engineering the electronic structure of boron nitride nanotubes bycovalent functionalization 74:153413–153414
Zhi CY, Bando Y, Tang CC, Huang Q, Golberg D (2008) Boron nitride nanotubes: functionalization and composites. J Mater Chem 18:3900–3908