Análisis de la composición avanzada de compuestos de nanopartículas poliméricas Uso de la imagen de fluorescencia directa

El objetivo general de esta técnica de análisis es comprender la incorporación de nanopartículas en matrices poliméricas. La visualización directa de las partículas permite estimar las concentraciones locales y las tasas generales de asimilación. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en química de materiales, incluyendo nanoquímica, diseño de materiales conceptuales y catálisis.

La principal ventaja de esta técnica es que permite obtener imágenes directas de la incorporación de materiales nanoparticulados, de modo que la información obtenida no puede lograrse mediante ningún otro método sencillo. El procedimiento será demostrado por el Dr. Sacha Noimark, el Dr. Joe Bear y el Dr. William Peveler, investigadores posdoctorales del laboratorio de la Profesora Parkin en la UCL.

Comience este procedimiento con la preparación de los núcleos de seleniuro de cadmio, como se detalla en el protocolo escrito. En un matraz de fondo redondo de 100 mililitros, agregue dicloruro de dietilditiocarbamato de zinc, 1-octadeceno, oleylamina, trioctilfosfina y los núcleos en hexano. Añada una barra de agitación y cambie la atmósfera de reacción por nitrógeno.

Caliente la reacción en una placa agitadora a 3,3 grados Celsius por minuto bajo vacío parcial hasta alcanzar 70 grados Celsius, eliminando el hexano mediante la línea de Schlenk. Cambie la atmósfera a nitrógeno y continúe calentando a esta velocidad hasta 120 grados Celsius. Agite a 120 grados Celsius durante dos horas.

Deje enfriar la reacción y divida la mezcla entre dos tubos cónicos de 15 mililitros. Inyecte cloroformo en la muestra antes de verter la solución en los tubos. Asegúrese de completar los tubos hasta 50 mililitros con etanol para precipitar las partículas y centrifugue a 3600 veces g durante 10 minutos.

Deseche el sobrenadante y redisuelva los pellet en un volumen total de 10 mililitros de n-hexano. Centrifugue la solución una vez más para eliminar cualquier impureza insoluble antes de decantarla en un tubo de muestra. Almacene a cuatro grados Celsius bajo una atmósfera de nitrógeno durante hasta tres meses.

Para la preparación de la solución de hinchamiento, prepare una solución madre de puntos cuánticos de seleniuro de cadmio mezclando 36 mililitros de n-hexano con cuatro mililitros de la dispersión de puntos cuánticos de seleniuro de cadmio sintetizada. Agite la solución magnéticamente. Reserve dos viales, cada uno conteniendo nueve mililitros de la solución madre, como soluciones de hinchamiento designadas.

Utilice el resto de la solución stock para la preparación de soluciones de hinchamiento adicionales con diferentes concentraciones de puntos cuánticos. Prepare tres soluciones de hinchamiento con concentraciones decrecientes de puntos cuánticos diluyendo la solución stock para obtener una solución al 66%, una solución al 50% y una solución al 33%, como se detalla en el protocolo escrito. Almacene todas las soluciones de puntos cuánticos en condiciones oscuras a temperatura ambiente.

A continuación, corte cuatro cuadrados de silicona de grado médico utilizando una hoja de bisturí nueva. Sumerja un cuadrado de silicona de grado médico en cada una de las cuatro soluciones de hinchamiento con concentraciones variables de puntos cuánticos: solución madre, 66%, 50% y 33%. Después de que las muestras de polímero se hinchan a temperatura ambiente durante 24 horas en condiciones de oscuridad, retire las muestras hinchadas de sus respectivas soluciones de hinchamiento. Seque las muestras al aire en condiciones de oscuridad durante 48 horas, tiempo durante el cual el disolvente residual se evapora y los polímeros se contraen nuevamente hasta sus dimensiones iniciales.

A continuación, lave minuciosamente las muestras que incorporan puntos cuánticos con agua desionizada para eliminar cualquier material unido a la superficie. Luego prepare cuatro cuadrados más de silicona de grado médico. Súmérjalos en la solución stock de hinchamiento durante períodos variables de tiempo: una hora, tres horas, seis horas y 24 horas.

Después de retirarlos de la solución de hinchamiento, seque al aire las muestras de polímero hinchadas en condiciones oscuras durante 48 horas, de modo que la muestra recupere sus dimensiones originales. Lave minuciosamente las muestras que incorporan puntos cuánticos con agua desionizada para eliminar cualquier material adherido a la superficie o disolvente residual. Corte dos cuadrados de silicona de hinchamiento y contracción con una hoja de bisturí nueva.

Asegúrese de que esto exponga la superficie interna de las muestras de silicona. Coloque las muestras de silicona sobre un portaobjetos para su observación. Asegúrese de que el lado recién cortado del polímero haga contacto completo con el portaobjetos de vidrio.

Pulse suavemente la parte de silicona hacia abajo para asegurar un contacto uniforme con la lámina del microscopio antes de completar las mediciones de vida media de fluorescencia, como se describe en el protocolo del texto. Luego, coloque la muestra sobre la platina del microscopio. Para completar las mediciones de vida media de fluorescencia, acople directamente la salida del láser a un sistema de filtro acusto-óptico sintonizable para generar la línea láser de 488 nanómetros.

Enfocar el haz láser utilizando una unidad de escaneo láser de fabricación personalizada que se refleja mediante un espejo dicróico hacia la abertura trasera de un objetivo 10X y luego hacia la muestra. Consultar el protocolo escrito para obtener instrucciones sobre cómo realizar mediciones y procesar los datos. Los puntos cuánticos enfriados se caracterizan mediante espectroscopía de fotoluminiscencia para medir los espectros de emisión y excitación, así como el rendimiento cuántico total.

Los puntos cuánticos encapsulados por hinchamiento son altamente fotoluminiscentes, por lo tanto, el brillo indica un encapsulado por hinchamiento exitoso. Se pueden montar secciones transversales del polímero en el microscopio de fluorescencia para medir el grado de encapsulado por hinchamiento. Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en aproximadamente 15 minutos con muestras encapsuladas por hinchamiento, si se realiza adecuadamente.

Al intentar el procedimiento, es importante recordar que la cuchilla utilizada para cortar las muestras de polímero está libre de contaminación y es relativamente afilada, ya que las inconsistencias en esta etapa pueden introducir artefactos en las imágenes de fluorescencia. Tras seguir este procedimiento, se pueden realizar otros métodos, como la espectroscopía de rayos X por dispersión de energía, además de pruebas funcionales, para evaluar aún más la cantidad de encapsulación o la concentración superficial. Tras su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la ciencia de materiales exploraran el diseño de compuestos nanoparticulados utilizando una variedad de matrices huésped.

No olvide que trabajar con seleniuro de cadmio puede ser extremadamente peligroso, y siempre se deben tomar precauciones, como usar equipo de protección personal adecuado y trabajar en una campana extractora, al realizar este procedimiento.