المتقدم تحليل التركيبية من المركبات الجسيمات النانوية البوليمر عن طريق المباشر الإسفار التصوير

الهدف العام من تقنية التحليل هذه هو اكتساب فهم حول دمج الجسيمات النانوية في المصفوفات البوليمرية. حيث يسمح التصوير المباشر للجسيمات بتقدير التركيزات المحلية ومعدلات الاستيعاب الإجمالية. ويمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على أسئلة جوهرية في كيمياء المواد، بما في ذلك الكيمياء النانوية، وتصميم المواد المفهومي، والحفز الكيميائي.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في إمكانية تصوير دمج المواد النانوية بشكل مباشر، بحيث لا يمكن الحصول على المعلومات المكتسبة عبر أي طريقة مباشرة أخرى. سيقوم بشرح الإجراء كل من د. ساشا نويمارك، ود. جو بير، ود. ويليام بيفيلر، وهم باحثون في مرحلة ما بعد الدكتوراه من مختبر البروفيسور باركين في جامعة UCL.

ابدأ هذا الإجراء بتحضير نوى سيلينيد الكادميوم، كما هو موضح بالتفصيل في البروتوكول النصي. أضف إلى دورق ذي قاع بني سعة 100 milliliter مادة ثنائي إيثيل ثيوديكربامات الزنك، و1-Octadecene، وOleylamine، وTrioctylphosphine، والنوى في hexane. أضف قضيب تحريك، واستبدل الغلاف الجوي للتفاعل بالنيتروجين.

سخن التفاعل على محرك مغناطيسي ساخن بمعدل 3.3 degrees Celsius في الدقيقة تحت تفريغ جزئي حتى تصل درجة الحرارة إلى 70 degrees Celsius، مع إزالة الهكسان باستخدام خط شلينك (Schlenk line). حول الغلاف الجوي إلى النيتروجين، واستمر في التسخين بهذا المعدل حتى 120 degrees Celsius. ثم قلّب المزيج عند 120 degrees Celsius لمدة ساعتين.

اترك التفاعل ليبرد، ثم وزع الخليط بين أنبوبي طرد مركزي سعة 15 milliliter. احقن الكلوروفورم في العينة قبل صب المحلول في الأنابيب. تأكد من ملء الأنابيب حتى 50 milliliters باستخدام الإيثانول لترسيب الجسيمات، ثم قم بالطرد المركزي عند 3600 times g لمدة 10 minutes.

تخلص من السائل الطافي وأعد تشتيت الرواسب في إجمالي 10 milliliters من n-Hexane. قم بطرد المحلول مركزياً مرة أخرى لإزالة أي شوائب غير قابلة للذوبان قبل صب المحلول في أنبوب عينة. يُحفظ عند درجة حرارة أربع degrees Celsius تحت جو من النيتروجين لمدة تصل إلى ثلاثة أشهر.

لتحضير محلول الانتفاخ، قم بتحضير محلول مخزون من النقاط الكمومية لسيلينيد الكادميوم عن طريق خلط 36 milliliters من n-Hexane مع أربعة milliliters من تشتت النقاط الكمومية لسيلينيد الكادميوم المُصنّعة. قم بتقليب المحلول مغناطيسياً. خصص قارورتين، تحتوي كل منهما على تسعة milliliters من المحلول المخزون كمحاليل انتفاخ.

استخدم المتبقي من المحلول المخزون لتحضير المزيد من محاليل الانتفاخ بتركيزات مختلفة من النقاط الكمومية. قم بتحضير ثلاثة محاليل انتفاخ ذات تركيزات متناقصة من النقاط الكمومية عن طريق تخفيف المحلول المخزون للحصول على محلول بتركيز 66%، ومحلول بتركيز 50%، ومحلول بتركيز 33%، كما هو مفصل في البروتوكول النصي. تُحفظ جميع محاليل النقاط الكمومية في ظروف مظلمة في درجة حرارة الغرفة.

بعد ذلك، قم بقص أربعة مربعات من السيليكون الطبي باستخدام شفرة مشرط جديدة. اغمر مربعاً من السيليكون الطبي في كل واحد من محاليل الانتفاخ الأربعة ذات تركيزات النقاط الكمومية المئوية المختلفة: المحلول المخزون، و66% و50% و33%. بعد انتفاخ عينات البوليمر في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 ساعة في ظروف مظلمة، قم بإزالة عينات البوليمر المنتفخة من محاليل الانتفاخ الخاصة بها. اترك العينات لتجف في الهواء في ظروف مظلمة لمدة 48 ساعة، وهي الفترة التي يتبخر خلالها المذيب المتبقي وتتقلص البوليمرات لتعود إلى أبعادها الأصلية.

بعد ذلك، اغسل العينات المدمجة بالنقاط الكمومية جيداً بالماء منزوع الأيونات لإزالة أي مواد مرتبطة بالسطح. ثم قم بتحضير أربعة مربعات أخرى من السيليكون الطبي. اغمرها في محلول الانتفاخ المخزون لفترات زمنية متفاوتة: ساعة واحدة، وثلاث ساعات، وست ساعات، و 24 ساعة.

بعد الإزالة من محلول الانتفاخ، يتم تجفيف عينات البوليمر المنتفخة بالهواء في ظروف مظلمة لمدة 48 ساعة، بحيث تتقلص العينة لتعود إلى أبعادها السابقة. اغسل العينات المدمجة بنقاط كمومية جيداً باستخدام الماء منزوع الأيونات لإزالة أي مواد مرتبطة بالسطح أو المذيبات المتبقية. قم بقص مربعين من السيليكون القابل للانتفاخ والتقلص باستخدام شفرة مشرط جديدة.

تأكد من أن هذا الإجراء يكشف السطح الداخلي لعينات السيليكون. ضع عينات السيليكون على شريحة مجهرية للتصوير. تأكد من أن الجانب المقطوع حديثًا من البوليمر يتلامس بشكل كامل مع الشريحة الزجاجية.

اضغط على الجزء المصنوع من السيليكون لأسفل بخفة لضمان تلامس سلس مع شريحة المجهر قبل إتمام قياسات عمر الفلورة، كما هو موضح في البروتوكول النصي. ثم ضع العينة على منصة المجهر. ولإتمام قياسات عمر الفلورة، قم بربط مخرج الليزر مباشرة بنظام مرشح قابل للضبط صوتياً-بصرياً لتوليد خط ليزر بطول موجي 488 nanometer.

قم بتركيز شعاع الليزر باستخدام وحدة مسح ليزر مصممة خصيصاً، حيث ينعكس الشعاع بواسطة مرآة ثنائية اللون (dichroic mirror) إلى الفتحة الخلفية لعدسة شيئية بقوة 10X ومن ثم إلى العينة. ارجع إلى البروتوكول المكتوب للحصول على تعليمات حول إجراء القياسات ومعالجة البيانات. يتم توصيف النقاط الكمومية المبردة باستخدام مطيافية التألق الضوئي لقياس الانبعاث، وأطياف الاستثارة، والعائد الكمي الإجمالي.

تتميز النقاط الكمومية المغلفة بالهلام بالوميض الضوئي العالي، وبالتالي فإن السطوع يعد مؤشراً على نجاح عملية التغليف بالهلام. يمكن تركيب المقاطع العرضية للبوليمر في مجهر الفلورة لقياس درجة التغليف بالهلام. وبمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن تنفيذها في غضون 15 دقيقة تقريباً مع العينات المغلفة بالهلام، شريطة إجرائها بشكل صحيح.

عند محاولة تنفيذ الإجراء، من المهم التأكد من أن الشفرة المستخدمة لقطع عينات البوليمر غير ملوثة وحادة نسبيًا، حيث أن عدم الاتساق في هذه المرحلة قد يؤدي إلى ظهور شوائب في صور الفلورة. وبناءً على هذا الإجراء، يمكن إجراء طرق أخرى مثل مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة بالإضافة إلى الاختبارات الوظيفية، وذلك لتقدير كمية التغليف أو التركيز السطحي بشكل أدق. وبعد تطوير هذه التقنية، مهدت الطريق للباحثين في مجال علم المواد لاستكشاف تصميم مركبات الجسيمات النانوية باستخدام مجموعة متنوعة من المصفوفات المضيفة.

لا تنسَ أن العمل مع سيلينيد الكادميوم قد يكون خطيراً للغاية، ويجب دائماً اتخاذ الاحتياطات، مثل ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة والعمل داخل خزانة استرداد الغازات (fume cupboard)، أثناء تنفيذ هذا الإجراء.