Fonctionnalisation de Simple paroi Carbon Nanotubes avec Thermo-réversibles Copolymères blocs et Caractérisation par petits angles de diffusion neutronique

L’objectif global de cette procédure est de fabriquer et de caractériser des nanoparticules à base de nanotubes de carbone contenant une couche d’encapsulation thermosensible dans des solutions aqueuses. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de l’ingénierie des nanostructures, telles que la fabrication de nanoparticules sensibles aux stimuli et l’étude in situ des changements de leur structure à l’échelle nanométrique induits par des stimuli externes. Cette méthode peut fournir des informations sur la fabrication basée sur l’assemblage chimique de nanoblocs de construction intelligents.

Il peut également être appliqué à d’autres systèmes constitués de différents types de nanoparticules carbonatées et de copolymères séquencés. Pour commencer cette procédure, ajoutez 0,175 gramme de poudre de Poloxamer 407 dans 70 grammes d’oxyde de deutérium. Ensuite, dissolvez complètement le polymère en solution à l’aide d’un agitateur magnétique pendant 30 minutes à une heure.

Ajoutez séparément 0,01 gramme de poudre de nanotubes de carbone à paroi simple dans des tubes à centrifuger coniques de 250 millilitres. Ajoutez ensuite 31,6 millilitres de la solution de poloxamère 407 dans chaque tube. Ensuite, mélangez la suspension dans chaque tube par vortex pendant 5 à 10 minutes.

Lorsque vous avez terminé, placez le tube un dans un bain-marie et fixez-le à l’aide d’un support de pince. Trempez la pointe d’un ultrasoniseur dans la suspension du premier tube. Augmentez progressivement la puissance de sonication de 0 % jusqu’à ce que les nanotubes de carbone déposés au fond du tube commencent à se briser et à se propager en raison des ultrasons propagés par la pointe de l’ultrasonateur.

Traitez la suspension avec des ultrasons pendant 60 minutes à 20 degrés Celsius tout en maintenant la température de la suspension en dessous de 25 degrés Celsius en utilisant un bain-marie comme réservoir de température. Ensuite, centrifugez les suspensions brutes dans les deux tubes à 9800 fois G pendant deux heures à 20 degrés Celsius. Après la centrifugation, transférez séparément 15 millilitres de chaque surnageant du haut de la solution dans un nouveau tube.

Dissoudre 0,015 gramme d’acide 5-méthylsalicylique ou 5-MS dans le surnageant du tube deux et étiqueter ce mélange comme étant le deuxième échantillon. Étiquetez le tube contenant le surnageant du premier tube comme premier échantillon. Chargez 0,3 millilitre de chaque échantillon dans une cellule amorphe de cord-span-jo.

Placez les couvercles sur les deux cellules et scellez-les en enroulant solidement du ruban adhésif autour des couvercles. Ensuite, placez l’une des cellules scellées entre les entretoises du support de cellule en aluminium et assemblez le support de cellule banjo en aluminium. Chargez les cellules assemblées dans différentes positions d’échantillonnage de la palette d’échantillonnage EQ-SAN.

Faites une liste des positions d’échantillon de la palette sur le formulaire de liste d’échantillons. Démarrez la mesure en chargeant et en exécutant le script d’expérience dans la fenêtre de contrôle PI-DAS. Pour les mesures AFM, mélangez 0,1 millilitre de la solution de l’échantillon dans un tube avec 1,9 millilitre d’eau déminéralisée.

Ensuite, placez une plaquette de silicium propre sur un codeur de spin. Fixez la position de la plaquette à l’aide d’un contrôle sous vide. Réglez la vitesse de rotation et le temps de fonctionnement sur 1500 tours par minute et 60 secondes respectivement.

Mouillez la surface exposée de la plaquette avec l’échantillon dilué. Ensuite, commencez le codage de spin. Lorsque vous avez terminé, éteignez la pompe à vide et retirez la plaquette codée du codeur de spin.

À ce stade, fixez la plaquette codée par centrifugation sur un disque de fer à l’aide d’un ruban de carbone adhésif double face. Rapprochez le disque du bord de la zone exposée d’un scanner. Faites ensuite glisser le disque vers le centre jusqu’à ce que la surface inférieure recouvre complètement le haut du scanner.

Ensuite, montez le microscope à sonde de balayage ou la tête SPM sur le scanner et branchez le câble. Ouvrez le logiciel de contrôle de l’alimentation de l’instrument sur l’ordinateur et sélectionnez le mode de taraudage dans la fenêtre de configuration du système. Ensuite, placez la pointe en porte-à-faux au centre de la fenêtre du moniteur en ajustant les boutons grossiers et fins du microscope optique et en déplaçant les platines optiques X et Y.

Alignez le laser en ajustant les boutons d’alignement laser sur la tête SPM. Localisez grossièrement le point laser rouge sur le porte-à-faux et déplacez-le au milieu de la pointe du cantilever en traçant les points affichés sur le moniteur. Après l’alignement du laser, alignez le détecteur à l’aide des boutons du photodétecteur.

Ajustez grossièrement les boutons pour éteindre quatre voyants LED rouges sur la tête SPM. Ajustez ensuite finement les boutons jusqu’à ce que l’image réfléchissante rose soit située au centre de la fenêtre d’alignement laser et que la somme du signal de la photodiode du quadrant soit supérieure à au moins deux volts. Réglez le cantilever à l’aide de l’auto-tune dans la fenêtre de réglage du cantilever.

Exécutez ensuite l’auto-réglage dans une plage de fréquences de zéro à 1000 kilohertz. Ensuite, faites la mise au point sur la surface de la plaquette du microscope en ajustant les boutons de mise au point. Une fois que la surface de la plaquette est nette, cliquez sur le bouton d’engagement de la barre d’outils.

Sélectionnez une taille de balayage, un nombre d’échantillonnage et une fréquence de balayage dans la fenêtre contextuelle. Lancez l’analyse. Ajustez progressivement les valeurs de gain proportionnel, de gain intégral et de déviation verticale si le contraste entre les particules et le fond du substrat est trop faible pour reconnaître clairement les formes et les limites des particules sur l’image numérisée.

Enfin, débrayez la sonde après la mesure. En modifiant la température ou en ajoutant des additifs 5-MS, les intensités de diffusion SANS de la suspension fonctionnalisée de nanotubes de carbone à paroi unique montrent un décalage vers un Q plus élevé dans la région Q intermédiaire et le développement d’un pic à Q élevé.Les changements dus au contrôle de la température et à l’ajout de 5-MS proviennent du changement structurel de la couche d’encapsulation du poloxamer 407 sur les nanotubes de carbone. La nanotige de nanotubes de carbone de poloxamère avec la structure cylindrique de la coquille centrale subit une transformation structurelle de l’encapsulation par des micelles sphériques de poloxamère 407 à température ambiante à l’encapsulation par une couche cylindrique compacte de poloxamère 407 à température plus élevée.

Au cours du changement structurel, la micelle sphérique poloxamère 407 avec un rayon de gyration de 45 angströms devient un ensemble de taches à chaîne unique qui entourent le noyau de nanotubes de carbone de manière plus compacte avec un rayon de gyration de 30 angströms. Bien que les images AFM ne montrent qu’une morphologie séchée des nanotiges de nanotubes de carbone de poloxamère sans eau, elles fournissent des preuves de dégroupage et de dispersion des nanotubes de carbone ainsi que de la distribution de la longueur des nanotiges. Cette procédure peut être appliquée à différentes combinaisons de nanoparticules dans des copolymères séquencés pour fabriquer divers nanoblocs de construction sensibles aux stimuli.

Suite à cette procédure, d’autres méthodes telles que la cryo-EM ou la simulation dynamique moléculaire peuvent être effectuées afin de répondre à des questions telles que la structure spatiale réelle des couches de polymère à l’état de solution et la physique sous-jacente détaillée liée au changement de structure. J’espère que cette vidéo a démontré qu’une diffusion de neutrons aux petits angles est une technique très utile pour la caractérisation in situ de la nanostructure d’échantillons de solution. Nous espérons également voir plus de scientifiques venir au SNS pour diverses expériences de diffusion des neutrons.