טכניקה לfunctionalize ועצמי להרכיב מקרוסקופית Nanoparticle ליגנד חד שכבתי סרטים על גבי מצעים נטולי תבנית

המטרה הכללית של פרוצדורה זו היא לפתח סרבלי מונושכבה של ליגנדים וננוחלקיקים בממדים מקרוסקופיים. דבר זה מושג באמצעות טכניקה אחת של הרכבה עצמית בסיס אחת (one-pot). ראשית, ננוחלקיקים מתכתיים עוברים פונקציונליזציה מהירה עם ליגנדים בממס של מים או THF.

בשלב הבא, הננו-חלקיקים המצופים בליגנדים מופרדים פאזית לממשק שבין האוויר לממס. לבסוף, הננו-חלקיקים מועברים אל תשתיות ללא תבנית באמצעות מדרגי מתח פשטי, ומתארגנים באופן עצמי לשכבות מונולייר מקרוסקופיות של ננו-חלקיקים וליגנדים. בסופו של דבר, הליך זה מספק טכניקה פשוטה, חסונה וניתנת להרחבה לפונקציונליזציה וארגון עצמי של שכבות מונולייר מקרוסקופיות של ננו-חלקיקים וליגנדים על גבי תשתיות ללא תבנית.

היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני שיטות הרכבה בין-פשטיות אחרות הוא הפונקציונליזציה המהירה והיעילה של ננו-חלקיקים וההרכבה העצמית שלהם לסרטי מונו-שכבה מאקרוסקופיים. למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי הממשק האורגני-אי-אורגני ברמה הננוסקופית, ניתן ליישמה במגוון רחב של יישומים כגון מטה-חומרים, פוטו-וולטאיקה וחיישנים מולקולריים. כדי להתחיל, רכז ננו-ספירות זהב של 15 nanometer הזמינות מסחרית על ידי העברת 15 milliliters של תמיסת ננו-ספירות מהולה במים למסנן אולטרה-צנטריפוגלי.

לאחר מכן, סבב את היחידה בצנטריפוגה ב-4,500 Gs למשך שתי דקות או עד שנותרו מיקרוליטרים בודדים בתא המסנן. השב את הננוספירה בתליה ב-1.5 milliliters של מים דה-יוניים (DI water), או באופן שריכוז הננוחלקיקים יהיה בערך 10¹³ חלקיקים ל-milliliter. התליה יציבה למשך מספר שעות.

לאחר התליה מחדש ב-di water, כדי לאמת את צפיפות המספר ולוודא שהננו-חלקיקים לא התגבשו, שאיף תחילה 150 µL מהתליה לתוך קובטה. כמו כן, דלל את תליית הננו-חלקיקים המרוכזת עם 1.35 mL של di water. לאחר מכן, הנח את הקובטה בספקטרומטר UV-Vis ומדוד את ספקטרום הבליעה של התליה שהוכנה וכן של התליה המקורית.

השוו את מיקום השיא ואת הרוחב המלא בחצי הגובה (full width at half maximum) כדי לוודא שלא התרחשה אגרגציה. עוצמת שיאי הבליעה עבור שתי הדגימות צריכה להיות דומה בקירוב. כך ניתן לוודא שהדגימה המרוכזת דחוסה פי 10 בתוך מבחנה נפרדת ונקייה של 20 מיליליטר מזכוכית בורו-סיליקט, בנפח של 1 מיליליטר של tetra hydro furin.

בשלב הבא, הוסיפו ליגנדים של תיול-אלקאן ל-THF ונערה. יש לערבב את התמיסה באופן אחיד מספיק. יש להוסיף ליגנד בכמות שתכסה לפחות את כל שטח הפנים של הננו-חלקיקים התלויים.

עודף ליגנד מגביר את מהירות התגובה ואת יעילותה במסיס (fume hood). העברו 1 mL מהבקבוקון המכיל את ננו-ספירות הזהב אל הבקבוקון של ליגנדי THF. סגרו במהירות את המכסה והנערה את הבקבוקון בעוצמה למשך 15 שניות.

הסירו את המכסה והניחו את הבקבוק. בתוך מנוע המנדף, בהתאם לליגנדים, דומיינים משומשים של ננו-חלקיקי זהב נוצרים במהירות בממשק האוויר-נוזל. לאחר מכן, הסרטים מתחילים לנדוד במעלה דופן הבקבוק.

כמעט כל הננוחלקיקים היו מצופים בליגנדים תאל שהוסרו מהתמיחה והועברו לדפנות הבקבוקונים בתוך שעה. כדי להעביר את השכבות למצעי זכוכית נשלפים, חתכו את המצעים לשטח של 12.5 על 25.4 מילימטרים באמצעות עט חריטה או גלגלת למצעי זכוכית, נקו אותם באמצעות שטיפה באצטון, ולאחריה שטיפה באיסופרופיל אלכוהול, ולבסוף שטיפה ב-di water.

לפני מתן אפשרות למצעים להתייבש, עיין בפרוטוקול הטקסט להכנת פרוסות סיליקון. לאחר מכן, הכנס את המצע לבקבוק הננו-ספירות والليגנדים שהוכן מראש. סגור את המכסה והנער.

לאחר הניעור, הסר את המכסה באמצעות פינצטה. מקם את התשתית כמעט בצורה אנכית כנגד דופן המבחנה. לאחר מכן, השתמש בפיפטה כדי לצפות את התשתית בתמיסת התגובה.

התגובה נפסקת כאשר כל הממס האורגני התאדה או כאשר כל הננו-חלקיקים הוסרו מהסספנזיה. העריכו את יעילות האריזה של הננו-ספירות בשכבה האحادית על ידי התבוננות בתכונות התמסירות וההחזרה של הסרט. האירו את השכבה האحادית על תשביות הזכוכית מאחור באמצעות מקור אור לבן.

יש לצפות בסרט בצבע אחיד עבור סרטי שכבה אחת של ננו-חלקיקים בצפיפות גבוהה בתמסורת, ובחזירה יש לצפות בהחזרה דמוית זהב. לאחר מכן, השתמש בספקטרומטר כדי לכמת את ספקטרום הבליעה המקרוסקופי מהשכבות הבודדות. כפי שנעשה קודם לכן, נרמל את ספקטרום הבליעה באמצעות סלייד זכוכית נקי.

לאחר מכן, העבירו את סרט השכבה המונולאית על מצע זכוכית בנתיב הקרן של הספקטרומטר ואספו את ספקטרום הבליעה. שיאו של ספקטרום הבליעה אמור להראות הזזה משמעותית לכיוון האדום (redshift) של כמה מאות ננומטרים, תלוי בליגנד שנעשה בו שימוש. אם שיאו של ספקטרום הבליעה רחב מאוד או שאינו מוגדר היטב, סביר להניח שאיכות סרטי השכבה המונולאית נמוכה.

כדי להשתמש בטכניקה כאמצעי יעיל לפונקציונליזציה של הננוחלקיקים באמצעות ליגנדים של thal. שפוך את השארית מתחתית המבחנה. לאחר השלמת התגובה, ייבש את החומר במבחנה תחת זרם חנקן.

הוסף ממס אורגני כדי לתלה מחדש את הננו-חלקיקים עם העברה של כמעט 100% של שלב החלקיקים והשבה; ודא שהננו-חלקיקים לא הצטברו בעקבות התליה מחדש בממס האורגני. כפי שצוין קודם, אם שיא הבליעה רחב ביחס לתליה המקורית, בצע סוניקציה לדגימה למשך 15 דקות כדי לסייע בפיזור מחדש של הננו-חלקיקים. סרט מונושכבה של ננו-ספירות זהב בגודל 15 ננומטר מצופות בתיאולקאן על מצע זכוכית נראה כמשקף אור באופן חלקי, מה שמעיד על שבר נפח גבוה של ננו-ספירות, וכמעביר אור, מה שמעיד על שימור האחידות של הפלסמה והתהודות. הצליל והבהירות האופטית המוצגים כאן הם תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) בצבעים מלאכותיים של סרט מונושכבה של ננו-ספירות זהב בגודל 15 ננומטר מצופות בתיאולקאן על מצע של פרוסת סיליקון. קצה הסרט מדגים שהסרטים הם מונושכבות ושהננו-ספירות נארזות בדומיינים אמורפיים בקני מידה מיקרוסקופיים.

בסדרי גודל ננוסקופיים. הסרטים מכילים דומיינים בעלי אריזה צפופה משושית, כפי שמוצג על ידי התמרת פורייה של התמונה המוצגת. כאן מוצגת הבליעה הניסוית הנורמלית מסרט של שכבה אחת המורכב מננו-ספירות זהב של ca 15 nanometer עם thiol acan על מצע זכוכית.

סספנסיה של ננו-ספירות זהב בגודל 15 nanometer במים, אשר הועברו פאזה לתוך כלורופורם לאחר השליטה בתהליך. ניתן לבצע טכניקה זו בפחות משעה אם היא מבוצעת כראוי. לאחר צפייה בווידאו זה, תרכשו הבנה טובה לגבי האופן שבו ניתן לבצע פונקציונליזציה והרכבה עצמית יעילה של ננו-חלקיקים מתכתיים לסרטי מונוליט מיקרוסקופיים.