Una técnica para funcionalizar y auto-ensamblan macroscópicas nanopartículas ligando monocapa Films en soportes de plantillas gratis

El objetivo general de este procedimiento es desarrollar películas macroscópicas, de nanopartículas, con ligandos y monocapa. Esto se logra utilizando una técnica de autoensamblaje en un solo paso y en un único recipiente. Primero, las nanopartículas metálicas se funcionalizan rápidamente con ligandos en un disolvente de tetrahidrofurano o THF acuoso.

A continuación, el ligando mantuvo la separación de fase de las nanopartículas en la interfase aire-disolvente. Finalmente, las nanopartículas se transportan a sustratos libres de plantilla utilizando gradientes de tensión superficial, autoensamblándose en películas macroscópicas de monocapa de nanopartículas y ligandos. En última instancia, este procedimiento proporciona una técnica sencilla, robusta y escalable para funcionalizar y autoensamblar películas macroscópicas de monocapa de nanopartículas y ligandos sobre sustratos libres de plantilla.

La principal ventaja de esta técnica frente a otros métodos de ensamblaje interfacial es la funcionalización rápida y eficiente de nanopartículas y su autoensamblaje en películas monocapa macroscópicas. Aunque este método puede proporcionar información sobre la interfaz orgánica-inorgánica a escala nanométrica, también puede aplicarse a una amplia variedad de aplicaciones, como metamateriales, fotovoltaicos y sensores moleculares. Para comenzar, concentre esferas nanométricas de oro de 15 nanómetros disponibles comercialmente colocando 15 mililitros de la suspensión acuosa diluida de nanoesferas en un filtro de ultracentrífuga.

Luego, centrifugue la unidad a 4 500 G durante dos minutos o hasta que solo queden unas pocas microlitros en la cámara del filtro. Re suspenda la nanosfera en 1,5 mililitros de agua desionizada o agua DI, de modo que la concentración de nanopartículas sea aproximadamente de 10 a la 13 partículas por mililitro. La suspensión es estable durante varias horas.

Una vez resuspendido en agua desionizada, para verificar la densidad numérica y confirmar que las nanopartículas no se han agregado, pipetee primero 150 microlitros de la suspensión en un vial. Además, diluya la suspensión concentrada de nanopartículas con 1,35 mililitros de agua desionizada. A continuación, coloque el vial en un espectrómetro ultravioleta-visible y mida el espectro de absorbancia de la suspensión preparada, así como el de la suspensión original.

Compare la posición del pico en la anchura total a mitad de la altura máxima para asegurar que no ha ocurrido agregación. La magnitud de los picos de absorbancia para ambas muestras debe ser aproximadamente la misma. Asegurando así que la muestra concentrada es más densa por un factor de 10 en un frasco limpio separado de 20 mililitros de vidrio de borosilicato con un mililitro de tetrahidrofurano.

A continuación, agregue ligandos de alcano tiol al THF y agite. La solución debe mezclarse lo suficientemente uniforme. El ligando debe agregarse para cubrir al menos toda el área superficial de las nanopartículas suspendidas.

El exceso de ligando aumenta la velocidad y deficiencia de la reacción en un campanario. Coloque un mililitro del vial que contiene las nanoesferas de oro en el vial de ligandos de THF. Enrosque rápidamente la tapa y agite el vial vigorosamente durante 15 segundos.

Retire la tapa y coloque el vial sobre la superficie. En la campana extractora, dependiendo de los ligandos, se forman rápidamente dominios de nanopartículas de oro en la interfase aire-líquido. Luego, las películas comienzan a desplazarse hacia arriba por la pared del vial.

Casi todas las nanopartículas han sido recubiertas con ligandos de talio, eliminadas de la suspensión y transportadas hacia el lado de los viales dentro de una hora. Para transferir las películas a sustratos de vidrio removibles, corte los sustratos en un área de 12,5 por 25,4 milímetros utilizando un bolígrafo o rueda de rayado, limpie los sustratos de vidrio con un enjuague de acetona, seguido de un enjuague con alcohol isopropílico. Y finalmente, un enjuague con agua desionizada.

Antes de permitir que los sustratos se sequen, consulte el protocolo escrito para la preparación de obleas de silicio. A continuación, inserte el sustrato en el vial previamente preparado que contiene las nanoesferas y los ligandos. Coloque la tapa y agite.

Después de agitar, retire la tapa utilizando pinzas. Coloque el sustrato casi en posición vertical contra la pared del vial. Luego, use una pipeta para recubrir el sustrato con la mezcla de reacción.

La reacción se detiene cuando todo el disolvente orgánico ha evaporado o cuando todas las nanopartículas han sido eliminadas de la suspensión. Estime la eficiencia de empaquetamiento de las nanosferas en la monocapa observando las propiedades de transmisión y reflexión de la película. Ilumine la monocapa sobre sustratos de vidrio desde atrás con una fuente de luz blanca.

Debe observarse una película de color uniforme para películas monocapa de nanopartículas de alta densidad en transmisión, y un reflejo similar al del oro en reflexión. A continuación, utilice un espectrómetro para cuantificar el espectro de absorción macroscópico de las monocapas. Como antes, normalice el espectro de absorción con una portaobjetos de vidrio limpio.

Luego monte la película monocapa sobre un sustrato de vidrio en la trayectoria del haz del espectrómetro y registre el espectro absorbente. El pico absorbente debe estar significativamente desplazado al rojo varios cientos de nanómetros, dependiendo del ligando utilizado. Si el pico absorbente es muy ancho o no está bien definido, probablemente las películas monocapa sean de baja calidad.

Utilizar la técnica como un medio eficiente para funcionalizar las nanopartículas con ligandos de tal. Decantar lo restante desde el fondo del vial. Una vez completada la reacción, secar el material en el vial bajo nitrógeno.

Añada un disolvente orgánico para resuspender las nanopartículas con una transferencia de fase y recuperación casi del 100 %. Asegúrese de que las nanopartículas no se hayan agregado tras la resuspensión en el disolvente orgánico, como antes; si el pico de absorbancia es más ancho en comparación con la suspensión original, someta la muestra a ultrasonidos durante 15 minutos para ayudar a redispersar las nanopartículas. Se observa que una película de monocapa de nanoesferas de oro de 15 nanómetros funcionalizadas con un tiol sobre un sustrato de vidrio refleja parcialmente la luz, lo que indica la alta fracción de volumen de nanoesferas, y transmite la luz, lo que demuestra la preservación de los plasmones y resonancias. La uniformidad y claridad óptica mostradas aquí corresponden a imágenes de microscopía electrónica de barrido con color falso de una película de monocapa de nanoesferas de oro de 15 nanómetros recubiertas con tiol sobre un sustrato de oblea de silicio. El borde de la película demuestra que las películas son monocapas y que las nanoesferas se empaquetan en dominios amorfos a escalas de longitud microscópicas.

A escalas de longitud nanoscópicas. Las películas contienen dominios empaquetados en forma hexagonal cerrada, como lo demuestra la transformada de Fourier de la imagen mostrada. Aquí se presenta la absorbancia experimental normalizada de una película monocapa compuesta por nanoesferas de oro de aproximadamente 15 nanómetros funcionalizadas con tiol, sobre un sustrato de vidrio.

Una suspensión de nanoesferas de oro de 15 nanómetros en agua y transferida a fase en cloroformo una vez dominada. Esta técnica puede realizarse en menos de una hora si se lleva a cabo correctamente. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo funcionalizar eficientemente y autoensamblar nanopartículas metálicas en películas monolíticas microscópicas.