私たちは、さまざまな種類のポリマーカプセル化された金属ナノ粒子を「ホモポリマー」と「コポリマー」の長い鎖に「重合」するためのプロトコルを報告します。
方法論記事
私たちは、さまざまな種類のポリマーカプセル化された金属ナノ粒子を「ホモポリマー」と「コポリマー」の長い鎖に「重合」するためのプロトコルを報告します。
私たちは、ナノ粒子を側枝のない長鎖に「重合」するためのテンプレートフリーの方法を提示します。さまざまなナノ粒子がポリスチレンブロックポリ(アクリル酸)(PSPAA)シェルにカプセル化され、自己組織化のためのモノマーとして使用されます。酸処理を受けた球状PSPAAミセルは、円筒形のミセルに集合することが知られています。この傾向を利用して、コアシェルナノ粒子は凝集し、合体し、その後長鎖に変化するように誘導されます。複数の種類のナノ粒子を使用すると、ナノ粒子のランダムでブロック状の「共重合体」を得ることができます。ナノ粒子のPSPAAカプセル化、コアシェルナノ粒子のホモ重合および共重合、得られたナノ粒子鎖の分離および精製について、詳細な手順が報告されています。また、一本鎖から二本鎖および三本鎖への変換についても説明します。ポリマーシェルと埋め込まれたナノ粒子との間の相乗効果により、珍しい連鎖成長重合モードが生じ、従来の逐次成長凝集プロセスの産物とは異なる長いナノ粒子鎖が得られます。
過去20年間でナノ粒子の合成が大きな進歩を遂げたにもかかわらず、その秩序ある組み立ては依然として大きな課題です。基本的なビルディングブロックをまとめる私たちの合成能力は、それらの相乗効果と集合的特性の探求と活用にとって非常に重要です。したがって、新しい反応経路を開発し、その根底にあるメカニズムを探求することは、複雑なナノデバイスの合理的な合成への足がかりです。
ナノ粒子集合体の豊富な構造的多様性の中で、一次元(1D)鎖はナノエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、バイオセンサーにおいて有用な用途を示しています。1-4 通常、ナノ粒子を鎖状構造に自己組織化するには、磁気または電気の双極子相互作用、異方性静電反発、または外部テンプレートが必要です。5-11 双極子誘起集合体には、磁性ナノ粒子や半導体ナノ粒子などの永久双極子を持つナノ粒子が特殊な環境下で必要となります。12-15 永久双極子を持たないナノ粒子の場合、ナノ粒子鎖の末端での比較的弱い静電反発が、その上にナノ粒子の選択的な付着を促進し、したがって1D鎖の成長を促進することができることが示されています。16,17 ナノ粒子は互いに、またオリゴマーと凝集することができるため、凝集はしばしば固有の逐次成長モードに従い、鎖長が短くなり、分岐の制御ができなくなります。最後に、ナノ粒子を1Dテンプレートに吸着して鎖を形成することができますが、通常、安全な固定を達成し、ナノ粒子間のギャップを回避することは非常に困難です。
>jove_content<これらの既存の方法では、ナノ粒子のヘテロ集合または「共重合」は特に困難です。いくつかの先駆的な研究は、磁気双極子18または静電反発を利用した短いナノ粒子鎖の「共重合」を実証しています。19名最近、PSPAAでコーティングされたナノ粒子の鎖へのホモ重合と共重合を報告しました。20,21 この新しい合成経路には、簡便なコロイド合成とさまざまな種類のナノ粒子の一般的な使用が含まれます。分岐のない超長鎖を可能にし、その長さと幅(シングルライン、ダブルライン、トリプルラインチェーン)をすぐに制御できます。最も重要なことは、ナノ粒子のランダムポリマーと共重合体を、構造制御を改善して合成できることです。この作業では、関連する合成のためのビデオプロトコルを提供し、詳細なデモンストレーションとプレゼンテーションを行うことを意図しています。
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注意:関連するすべての物質安全データシート(MSDS)を参照してください。これらの合成で使用されるいくつかの化学物質は、腐食性、毒性及び発がん性の可能性があります。ナノ材料は、そのバルク対応物と比較して認識されていない危険性を有していてもよいです。反応を行う際にヒュームフードや個人用保護具(安全眼鏡、手袋、白衣、完全長ズボン、閉じたつま先の靴、 など )の使用を含む、適切な安全対策を使用してください。
金属ナノ粒子の合成1。
注:合成に使用されるすべてのガラス器具を王水で洗浄する(注意:高度に酸性で腐食性は、注意して処理し、規制を以下の処分)、十分に洗浄し、次いで60℃のオーブンで乾燥させました。金属不純物や残留物は、ナノ粒子合成の早期の核と失敗につながる可能性があります。
PSPAAカプセル化金属ナノ粒子の合成2(モノマー)
注:以下では、正確な量は、最終的なDMF /水溶媒混合物の正確な比率を達成するために使用されます。遠心分離し、上清の抽出後の残渣の量は常に異なっているため、ほぼピペットによる残留物の体積を測定し、最終的な解決策を作るために、DMF /水を加えたときに、このボリュームを補います。溶剤比の小さな変化は、通常は問題ではありません。
PSPAAカプセル化金属ナノ粒子の3ホモ重合
4. PSPAAカプセル化金属ナノ粒子の共重合
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ナノ粒子とモノマー鎖はTEMによって特徴付けられる。 図1は、形態およびサイズ( 図1)を確認し、PSPAAカプセル化されたモノマーの代表的なTEM像を示します。いくつかのモノマーは、典型的には、「重合」の後に、サンプル中に残るように、試料は、通常、TEMの特徴付けのために使用される前に精製し、濃縮します。染色は、TEM画像では明らかに対照的にポリマーシェルをレンダリングするために、1%モリブデン酸アンモニウムを用いてサンプル溶液を混合することによりTEMサンプルの調製の間に導入しました。 「ホモポリマー」及び「コポリマー」の代表的なTEM像を図2及び図3に示されています。

モノマーの図1. TEM像。
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合成のメカニズムの詳細が報告され、以前の刊行物で議論されている。20,21は、ここでは、合成条件の根拠に焦点を当てています。ナノ粒子の重合のためには、均一なサイズのナノ粒子が使用されることが好ましいです。我々は、均一なAuナノ粒子、23金ナノロッド、24及びTeナノワイヤを得ることが文献の手順に従ってください。一般的には25核生成及び成長段階が分離されているときに、より良いサイズの均一性を得ることができる。26均一核生成の初期バースト、全ての核の後同様の大きさのナノ粒子を与え、同じ期間に同じ速度で成長します。したがって、ナノ粒子のサイズは、成長材料の合計量と初期核形成段階で形成された核の総数に依存します。
PSPAAによるナノ粒子のカプセル化は、以前に報告され、議論されてきた。27〜29の駆動PSPAA自己アセンブリの力はPSとPAAドメイン間の相分離である。極性溶媒中で30,31、PSPAAは中央にPSブロックと外側に向い溶媒...
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著者らは開示するものは何もない。
著者は、NRF(CRP-4-2008-06)、A*Star(SERC 112-120-2011)、およびMOE(RG14/13)シンガポールの財政的支援に感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 塩化金(III)三水和物、ACS試薬、≥49.0% Au ベース | Sigma-Aldrich | G4022 | HAuCl4 |
| クエン酸ナトリウム二水和物, 99% | Alfa Aesar | A12274 | |
| 水素化ホウ素ナトリウム, ≥99% | Sigma-Aldrich | 71321、フルーカ | |
| ヘキサデシルトリメチルアンモニウム臭化物、≥98% | Sigma-Aldrich | H5882 | CTAB |
| 硝酸銀、99.9999%微量金属ベース | Sigma-Aldrich | 204390 | |
| L-アスコルビン酸、BioXtra、≥99.0%、結晶性 | Sigma-Aldrich | A5960 | |
| 酸化テルル、≥99% | Sigma-Aldrich | 243450 | |
| ヒドラジン一水和物、64-65%、試薬グレード、98% | Sigma-Aldrich | 207942 | |
| ポリ (スチレン-b-アクリル酸) (PS154-PAA49) | ポリマーソース | P4673A-SAA | PS16000-PAA3500 |
| ポリ (スチレン-b-アクリル酸) (PS144-PAA28) | ポリマー源 | P4002-SAA | PS15000-PAA1600 |
| 2-ナフタレンチオール、≥99.0% (GC) | Sigma-Aldrich | 88910, Fluka | |
| Sodium dodecyl sulfate, 99% | Alfa Aesar | A11183 | |
| 単層カーボンナノチューブ, 99% 超高純度 | NanoIntegris | PC10344a | |
| 水酸化ナトリウム | Sinopharm | S1900136 | |
| 1,2-ジパルミトイル-sn-グリセロ-3-ホスホチオエタノール (ナトリウム塩) | Avanti 極性脂質 | 870160P | PSH |
| N,N-ジメチルホルムアミド | メルク | SA4s640012 | |
| エタノール、絶対 | Fischer | E/0650DF/17 | |
| 塩酸、37% | ハニー ウェル | 10189005 | 1 使用前のM |
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