Funcionalización de pared simple nanotubos de carbono con Thermo-reversibles copolímeros de bloque y Caracterización de ángulo pequeño dispersión de neutrones

El objetivo general de este procedimiento es fabricar y caracterizar nanopartículas basadas en nanotubos de carbono que contengan una capa de encapsulación térmica sensible en soluciones acuosas. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la ingeniería de nanoestructuras, como la fabricación de nanopartículas que respondan a estímulos, e investigar los cambios in situ en su estructura a nanoescala inducidos por estímulos externos. Este método puede proporcionar información sobre la fabricación basada en ensamblaje químico de nano bloques de construcción inteligentes.

También se puede aplicar a otros sistemas que consisten en diferentes tipos de nanopartículas carbonatadas y copolímeros en bloque. Para comenzar este procedimiento, agregue 0,175 gramos de polvo de Poloxamer 407 en 70 gramos de óxido de deuterio. A continuación, disuelva completamente el polímero en solución con un agitador magnético durante 30 minutos a una hora.

Agregue por separado 0,01 gramos de polvo de nanotubos de carbono de pared simple a los tubos de centrífuga cónicos de 250 mililitros. A continuación, añada 31,6 mililitros de la solución de poloxamer 407 a cada tubo. Después de esto, mezcle la suspensión en cada tubo mezclando en vórtice durante 5 a 10 minutos.

Cuando termine, coloque el tubo uno en un baño de agua y asegúrelo con un soporte de abrazadera. Sumerja la punta de un ultrasonido en la suspensión del tubo uno. Aumente la potencia de sonicación gradualmente desde el 0% hasta que los nanotubos de carbono depositados en el fondo del tubo comiencen a romperse y propagarse debido a los ultrasonidos propagados desde la punta del ultrasonido

Trate la suspensión con ultrasonido durante 60 minutos a 20 grados centígrados mientras mantiene la temperatura de la suspensión por debajo de los 25 grados centígrados utilizando un baño de agua como depósito de temperatura. A continuación, centrifugar las suspensiones de crudo en ambos tubos a 9800 veces G durante dos horas a 20 grados centígrados. Después de la centrifugación, transfiera por separado 15 mililitros de cada sobrenadante de la parte superior de la solución a un tubo nuevo.

Disuelva 0,015 gramos de ácido 5-metilsalicílico o 5-MS en el sobrenadante del tubo dos y etiquete esta mezcla como muestra dos. Etiquete el tubo que contiene el sobrenadante del tubo uno como muestra uno. Cargue 0,3 mililitros de cada muestra en una celda amorfa de cordón-span-jo.

Coloque las tapas en las dos celdas y séllelas envolviendo con cinta adhesiva de forma segura alrededor de las tapas. Después de esto, coloque una de las celdas selladas entre los espaciadores del soporte de celda de aluminio y ensamble el soporte de celda de banjo de aluminio. Cargue las celdas ensambladas en diferentes posiciones de muestra de la paleta de muestras EQ-SAN.

Haga una lista de las posiciones de muestra de la paleta en el formulario de lista de muestras. Inicie la medición cargando y ejecutando el script del experimento en la ventana de control de PI-DAS. Para las mediciones de AFM, mezcle 0,1 mililitros de la solución de la muestra de un tubo con 1,9 mililitros de agua desionizada.

A continuación, coloque una oblea de silicio limpia en un codificador de giro. Fije la posición de la oblea mediante una comprobación de vacío. Ajuste la velocidad de rotación y el tiempo de funcionamiento a 1500 revoluciones por minuto y 60 segundos respectivamente.

Humedece la superficie expuesta de la oblea con la muestra diluida. A continuación, empieza a codificar los giros. Cuando termine, apague la bomba de vacío y retire la oblea codificada del codificador de giro.

En este punto, fije la oblea codificada por giro en un disco de hierro con una cinta adhesiva de carbono de doble cara. Mueva el disco más cerca del borde del área expuesta de un escáner. A continuación, deslice el disco hacia el centro hasta que la superficie inferior cubra completamente la parte superior del escáner.

A continuación, monte el microscopio de sonda de barrido o el cabezal SPM en el escáner y conecte el cable. Abra el software de control de suministro de instrumentos en la computadora y seleccione el modo de roscado en la ventana de configuración del sistema. A continuación, coloque la punta en voladizo en el centro de la ventana del monitor ajustando las perillas gruesas y finas del microscopio óptico y moviendo las etapas ópticas X e Y.

Alinee el láser ajustando las perillas de alineación del láser en el cabezal SPM. Localice aproximadamente el punto láser rojo en el voladizo y mueva el punto al centro de la punta del voladizo trazando los puntos que se muestran en el monitor. Después de la alineación láser, alinee el detector usando las perillas del fotodetector.

Ajuste aproximadamente las perillas para apagar cuatro luces LED rojas en el cabezal SPM. A continuación, ajuste finamente los mandos hasta que la imagen de reflexión rosa se encuentre en el centro de la ventana de alineación láser y la suma de la señal del fotodiodo del cuadrante sea superior a al menos dos voltios. Ajuste el voladizo utilizando el ajuste automático en la ventana de ajuste del voladizo.

A continuación, ejecute el ajuste automático en un rango de frecuencia de cero a 1000 kilohercios. A continuación, coloque la superficie de la oblea en el enfoque del microscopio ajustando las perillas de enfoque. Una vez que la superficie de la oblea esté enfocada, haga clic en el botón Engage en la barra de herramientas.

Seleccione un tamaño de escaneo, un número de muestreo y una velocidad de escaneo en la ventana emergente. Comience a escanear. Ajuste gradualmente la ganancia proporcional, la ganancia integral y los valores de deflexión vertical si el contraste entre las partículas y el fondo del sustrato es demasiado bajo para reconocer claramente las formas y los límites de las partículas en la imagen escaneada.

Finalmente, desconecte la sonda después de la medición. Al cambiar la temperatura o al agregar aditivos 5-MS, las intensidades de dispersión SANS de la suspensión funcionalizada de nanotubos de carbono de pared simple muestran un cambio a Q más alto en la región Q intermedia y el desarrollo de un pico a Q alto. Los cambios debidos al control de temperatura y la adición de 5-MS se originan en el cambio estructural de la capa de encapsulación de poloxamer 407 en los nanotubos de carbono. La nanovarilla de nanotubos de carbono poloxamer con la estructura cilíndrica de la carcasa central se somete a una transformación estructural desde la encapsulación por micelas esféricas de poloxamer 407 a temperatura ambiente hasta la encapsulación por una capa cilíndrica compacta de poloxamer 407 a temperatura más alta.

Durante el cambio estructural, la micela esférica poloxamer 407 con un radio de giro de 45 angstroms se convierte en un conjunto de manchas de cadena simple que rodean el núcleo de nanotubos de carbono de manera más compacta con un radio de giro de 30 angstroms. Aunque las imágenes de AFM solo muestran una morfología seca de las nanovarillas de nanotubos de carbono poloxámero sin agua, proporcionan evidencia de desagregación y dispersión de nanotubos de carbono, así como la distribución de la longitud de las nanovarillas. Este procedimiento se puede aplicar a diferentes combinaciones de nanopartículas en copolímeros de bloque para fabricar diversos bloques de construcción nano que respondan a estímulos.

Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar otros métodos como la crio-EM o la simulación dinámica molecular para responder a preguntas como la estructura del espacio real de las capas de polímero en estado de solución y la física subyacente detallada relacionada con el cambio de estructura. Espero que este video haya demostrado que la dispersión de neutrones de ángulo pequeño es una técnica muy útil para la caracterización in situ de nanoestructuras de muestras de solución. También esperamos ver a más científicos venir a SNS para varios experimentos de dispersión de neutrones.