Informamos de protocolos para "polimerizar" varios tipos de nanopartículas metálicas encapsuladas en polímeros en largas cadenas de "homo-" y "co-polímeros".
Artículo de método
Informamos de protocolos para "polimerizar" varios tipos de nanopartículas metálicas encapsuladas en polímeros en largas cadenas de "homo-" y "co-polímeros".
Presentamos un método sin plantillas para "polimerizar" nanopartículas en cadenas largas sin ramas laterales. Una variedad de nanopartículas se encapsulan en capas de poliestireno-bloque-poli(ácido acrílico) (PSPAA) y luego se utilizan como monómeros para su autoensamblaje. Se sabe que las micelas esféricas de PSPAA tras el tratamiento con ácido se ensamblan en micelas cilíndricas. Aprovechando esta tendencia, se induce a las nanopartículas de la capa central a agregarse, fusionarse y luego transformarse en cadenas largas. Cuando se utiliza más de un tipo de nanopartículas, se pueden obtener "copolímeros" aleatorios y en bloque de nanopartículas. Se describen procedimientos detallados para la encapsulación de nanopartículas en PSPAA, la homopolimerización y la copolimerización de las nanopartículas core-shell, la separación y purificación de las cadenas de nanopartículas resultantes. También se presentan transformaciones de cadenas de una sola línea en cadenas de doble y triple línea. La sinergia entre la cubierta del polímero y las nanopartículas incrustadas conduce a un modo de polimerización de crecimiento en cadena inusual, lo que da lugar a largas cadenas de nanopartículas que son distintas de los productos del proceso tradicional de agregación de crecimiento escalonado.
A pesar de los grandes avances en la síntesis de nanopartículas en las últimas dos décadas, su ensamblaje ordenado sigue siendo un gran desafío. Nuestras capacidades sintéticas para unir los bloques de construcción básicos son de vital importancia para la exploración y explotación de sus efectos sinérgicos y propiedades colectivas. Por lo tanto, el desarrollo de nuevas vías de reacción y la exploración de los mecanismos subyacentes son los peldaños hacia la síntesis racional de nanodispositivos complejos.
Entre la rica variedad estructural de posibles ensamblajes de nanopartículas, las cadenas unidimensionales (1D) han mostrado aplicaciones útiles en nanoelectrónica, optoelectrónica y biosensores. 1-4 Típicamente, el autoensamblaje de nanopartículas en estructuras en forma de cadena requiere interacciones dipolares magnéticas o eléctricas, repulsión electrostática anisotrópica o plantillas externas. 5-11 Para el ensamblaje inducido por dipolos, se necesitan nanopartículas con dipolos permanentes, como nanopartículas magnéticas y nanopartículas semiconductoras en entornos especiales. 12-15 En el caso de las nanopartículas sin dipolo permanente, se ha demostrado que la repulsión electrostática relativamente más débil en los extremos de las cadenas de nanopartículas puede promover la unión selectiva de las nanopartículas en ellas y, por lo tanto, el crecimiento de la cadena 1D. 16,17 Debido a que las nanopartículas pueden agregarse entre sí y con los oligómeros, la agregación a menudo sigue el modo intrínseco de crecimiento escalonado, lo que lleva a una longitud de cadena corta y a la falta de control sobre la ramificación. Por último, las nanopartículas se pueden adsorber en plantillas 1D para formar cadenas, pero por lo general es muy difícil lograr un anclaje seguro y evitar espacios entre las nanopartículas.
Con estos métodos existentes, el heteroensamblaje o "copolimerización" de las nanopartículas es particularmente difícil. Algunos trabajos pioneros han demostrado la "copolimerización" de cadenas cortas de nanopartículas que explotan el dipolomagnético 18 o la repulsión electrostática. 19
Recientemente, informamos de la homopolimerización y copolimerización de nanopartículas recubiertas de PSPAA en cadenas. 20,21 Esta nueva vía sintética implica una fácil síntesis coloidal y el uso genérico de diferentes tipos de nanopartículas. Permite cadenas ultralargas sin ramificaciones y permite un control rápido de su longitud y anchura (cadenas de una, dos y tres líneas). Y lo que es más importante, los polímeros aleatorios y los copolímeros de las nanopartículas pueden sintetizarse con un mejor control estructural. En este trabajo, proporcionamos protocolos de video para las síntesis relacionadas, con la intención de dar una demostración y presentación detallada.
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Precaución: Por favor consulte todas las fichas de datos de seguridad de materiales pertinentes (MSDS). Algunos productos químicos utilizados en estas síntesis son corrosivos, tóxicos y posiblemente cancerígeno. Los nanomateriales pueden tener peligros no reconocidos en comparación con sus homólogos a granel. Utilice las prácticas de seguridad adecuadas cuando se realiza la reacción, incluyendo el uso de campana de humos y equipo de protección personal (gafas de seguridad, guantes, bata de laboratorio, pantalones largos, zapatos cerrados, etc.).
1. Síntesis de nanopartículas metálicas
Nota: Todo el material de vidrio utilizado en las síntesis se lavan con agua regia (PRECAUCIÓN: muy ácido y corrosivo, manejar con precaución y eliminar siguiendo las normas), enjuaga a fondo, y luego se secó en horno a 60 ° C. Impurezas o residuos de metal pueden conducir a nucleación prematura y el fracaso de la síntesis de nanopartículas.
2. Síntesis de nanopartículas de metal PSPAA encapsulado (los monómeros)
Nota: En el siguiente, cantidades precisas se utilizan para lograr una relación precisa de la mezcla de disolvente / agua DMF final. Debido a que el volumen de residuo después de la centrifugación y la extracción del sobrenadante es siempre diferente, mida más o menos el volumen residuo mediante pipeta y luego compensar este volumen cuando la adición de DMF / agua para hacer las soluciones finales. Pequeñas variaciones de la relación de disolvente generalmente no son un problema.
3. Homo-polimerización de las nanopartículas metálicas encapsuladas PSPAA
4. Co-polimerización de las nanopartículas metálicas encapsuladas PSPAA
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Los monómeros de nanopartículas y las cadenas se caracterizan por TEM. La Figura 1 muestra las imágenes de TEM representativos de los monómeros PSPAA encapsulado, lo que confirma las morfologías y tamaños (Figura 1). Como algunos monómeros típicamente permanecen en la muestra después de la "polimerización", la muestra por lo general se purificó y se concentró antes de ser utilizado para la caracterización TEM. Una mancha se introdujo durante la preparación de las muestras TEM ...
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Los detalles mecanicistas de las síntesis se presentan y discuten en las publicaciones anteriores 20,21. Aquí nos centramos en los fundamentos de las condiciones de síntesis. Para la polimerización de las nanopartículas, se prefiere que se usan nanopartículas de tamaño uniforme. Seguimos procedimientos de la bibliografía para obtener los uniformes nanopartículas de oro, 23 de Au nanorods, 24 y nanocables TE. 25 En general, una mejor uniformidad de tamaño se puede conseguir cua...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Los autores agradecen a la NRF (CRP-4-2008-06), A*Star (SERC 112-120-2011) y MOE (RG14/13) Singapur por su apoyo financiero.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Cloruro de oro (III) trihidratado, reactivo ACS, ≥ 49.0% Au base | Sigma-Aldrich | G4022 | HAuCl4 |
| Citrato de sodio dihidratado, 99% | Alfa Aesar | A12274 | |
| Borohidruro de sodio, ≥ 99% | Sigma-Aldrich | 71321, | |
| , ≥ 98% | Sigma-Aldrich | H5882 | CTAB |
| nitrato de plata, base de metales traza 99.9999% | Sigma-Aldrich | 204390 | |
| ácido L-ascórbico, BioXtra, ≥ 99,0%, cristalino | Sigma-Aldrich | A5960 | |
| Dióxido de telurio, ≥ 99% | Sigma-Aldrich | 243450 | |
| Hidracina monohidratado, 64-65%, grado reactivo, 98% | Sigma-Aldrich | 207942 | |
| Poli(estireno-b-ácido acrílico) (PS154-PAA49) | Fuente de polímero | P4673A-SAA | PS16000-PAA3500 |
| Poli(estireno-b-ácido acrílico) (PS144-PAA 28) | Fuente | de polímero P4002-SAA | PS15000-PAA1600 |
| 2-naftaleniol, ≥ 99,0 % (GC) | Sigma-Aldrich | 88910, Fluka | |
| Dodecil sulfato de sodio, 99 % | Alfa Aesar | A11183 | |
| nanotubos de carbono de pared simple, 99% ultrapuro | NanoIntegris | PC10344a | |
| Hidróxido de sodio | Sinopharm | S1900136 | |
| 1,2-dipalmitoil-sn-glicero-3-fosfotioetanol (sal de sodio) | Lípidos polares Avanti | 870160P | PSH |
| em>N,N-dimetilformamida | Merck | SA4s640012 | |
| Etanol, absoluto | Fischer | E/0650DF/17 | |
| Ácido clorhídrico, 37% | Pozo de miel | 10189005 | Diluir a 1 M antes de usar |
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