Encapsulation en permeabiliteit Kenmerken van plasma-gepolymeriseerde holle deeltjes

Samenvatting

We hebben plasma geassisteerde chemische damp depositie van dunne films, variërend van een paar nm tot enkele 100 nm op de nano-deeltjes van verschillende materialen te storten. We vervolgens etsen kernmateriaal holle nanocapsules waarvan permeabiliteit wordt geregeld door de dikte van het reservoir te produceren. We karakteriseren de doorlaatbaarheid van deze coatings aan kleine opgeloste stoffen en aantonen dat deze barrières kunnen vertraagde afgifte van het kernmateriaal te bieden over meerdere dagen.

Samenvatting

In dit protocol zijn core-shell nanostructuren gesynthetiseerd door plasma-geassisteerde chemische damp depositie. Wij produceren een amorfe barrière door plasmapolymerisatie van isopropanol op verschillende vaste substraten, zoals silica en kaliumchloride. Deze veelzijdige techniek wordt gebruikt om nanodeeltjes en nanopoeders behandelen met variërend van 37 nm tot 1 micron, door het afzetten van films met een dikte kan overal van 1 nm tot boven 100 nm. Ontbinding van de kern stelt ons in staat de studie van de mate van permeatie door de film. In deze experimenten hebben we bepalen diffusiecoëfficiënt KCl door de barrière film coaten KCL nanokristallen vervolgens controle van de ionische geleidbaarheid van de beklede deeltjes in water. Het primaire belang in dit proces is de inkapseling en vertraagde afgifte van opgeloste stoffen. De dikte van de schelp is een van de onafhankelijke variabelen waarmee we de controle van de snelheid van release. Het heeft een sterk effect op de snelheidvan de release, die stijgt van een zes uur durende release (wanddikte is 20 nm) om een ​​lange-termijn versie meer dan 30 dagen (wanddikte is 95 nm). Het afgifteprofiel toont een karakteristiek gedrag voor een snelle afgifte (35% van de uiteindelijke materiaal) in de eerste vijf minuten na het begin van de oplossing en een langzamere afgifte tot alle van de kern materialen komen.

Protocol

1. Voorbereiding van silica nanopartikels voor Deposition

1. Te beginnen met droge silica poeder, de voorbereiding van de steekproef voor het coaten door eerst het elimineren van grote aggregaten.
2. Was silica deeltjes (diameter van 200 nm, gekocht van Gel-Tec Corp) met ethanol (190 proof zuiver) en laat het monster onder een afzuigkap totdat al het vocht is verdampt met ethanol.
3. Zeef deeltjes door een reeks metalen mazen (US # 100-400) om resterende agglomeraties breken.
4. Plaats deeltjes en een magnetische roerstaaf in de buisvormige reaktor, zoals weergegeven in figuur 1. Deeltjes worden geplaatst in de plasmazone.
5. Sluit de glazen reactor door het plaatsen van een O-ring tussen twee flenzen aan het eind van de glazen buis en aan het eind van de buis aangesloten op de pomp.
6. Installeer de RVS klemring rond de flenzen en met de hand de schroef rond de klem.

2.Voorbereiding van het vacuümsysteem

1. Vul de vloeibare stikstof trap, dan kan de oppervlakte van de val koud. Wacht 5 minuten.
2. Voeg isopropanol in het opvangvat en te sluiten op de plasma reactor.
3. Sluit de waterpijp door het plaatsen van een rubberen o-ring om de metalen pijp en draai de moer tot aan de plaats van de leiding naar bubbler aansluiting wordt verzegeld.

3. Plasma afzetting

1. Plaats de bubbler in een waterbad met een temperatuur van 34 ± 2 ° C.
2. Zet de argon gasstroom controller en voer 6,00 SCCM als de ingestelde waarde.
3. Open geleidelijk de afsluiter, dat de glazen buis wordt aangesloten op de pomp terwijl de pomp werkt. Zorgvuldig Voer deze stap, omdat plotselinge afname van de druk kan ertoe leiden dat de deeltjes te worden weggeblazen door de stroom. Wacht tot de druk bereikt 200 mTorr, laat dan de poort klep volledig open.
4. Plaats de magnetische roerder onder de glazen buis en de snelheid op 100 ruur.
5. Sluit de aluminium ring rond de buisvormige glazen reactor om de radiofrequentie, RF, generator en sluit de RVS klem op de grond.
6. Zet de bijpassende netwerk (ENI MW-5D) en daarna zet de AC-lijn en de RF-generator inschakelen. Stel het vermogen bij 30 W voor het gehele proces.
7. Na een bepaalde duur van de tijd (10, 20, of 40 min) schakelt u de bijbehorende netwerk, RF-generator, en de AC-stroom, respectievelijk.
8. Sluit de terugslagklep en schakel vervolgens de argon debiet te regelen. Koppel het opvangvat van het ventiel en geleidelijk aan de reactor de druk te verhogen tot sfeervol.
9. Open de klem en breng de deeltjes van de buis in een plastic schaal met een metalen spatel.

4. Voorbereiding van de holle deeltjes door ontbinding van kernmateriaal

1. Het monster wordt onder een zuurkast voor het gehele proces van het toevoegen van fluorwaterstofzuur.
2. Fluorwaterstofzuur is een zeer corrosive zuur en de blootstelling van de ogen en de huid om het te kunnen blijvende schade veroorzaken. Gebruik veiligheidsbril met een vizier en een laboratoriumjas bij het hanteren van HF.
3. Meng 10 ml van waterstoffluoride (49% Aldrich) met 10 ml gedeioniseerd water en toegevoegd aan de kunststof schaal dat de beklede deeltjes bevat.
4. Plaats de kunststof schotel op een magnetische roerder en laat de kern op te lossen gedurende 24 uur.
5. Na een dag verdunningen met 50 ml gedeïoniseerd water en centrifugeer het monster gedurende 1 uur. Gooi de vloeistoflaag aan de bovenzijde in een plastic houder en overbrengen van de onderste laag dat de deeltjes bevat in een plastic petrischaal.
6. Voeg 50 ml gedeïoniseerd water en vortex het monster opnieuw centrifugeren het. Gooi de toplaag en breng het deeltje laag in een schone petrischaal.
7. Was de deeltjes met ethanol, droge lucht het monster, en over te dragen holle deeltjes in een flacon met dop en houden de deeltjes in een exsiccator.

5. Characterization van Permeabiliteit (Rate of Core Release)

Materialen: Kaliumchloride voor kernmaterialen

1. Bereid 0,001 molaire kaliumchloride (KCl)-oplossing door het mengen van 0,0745 gram KCl met 1 liter gedemineraliseerd water.
2. Vul de glazen fles van constante output verstuiver model 3076 en installeert u de dop van de fles.
3. Sluit de persluchtslang een membraan droger, die is verbonden met de gasinlaat van de verstuiverschijf. Dan een filter aan de afvoerslang om KCl nanodeeltjes te verzamelen.
4. Open geleidelijk de perslucht ventiel en laat de luchtstroom door het membraan droger. Laat de deeltjes zich ophopen in het filter voor 5 uur.
5. Sluit de perslucht ventiel en verwijder voorzichtig de filter en het verzamelen van de deeltjes. Plaats de deeltjes in een exsiccator voor het coatingproces.
6. Volg Protocol nr. 2 en 3 om uniform te gecoate KCl deeltjes te verkrijgen.
7. Meng gecoat KCl met 10 ml gedeïoniseerd water in een glazen flacon. Om volledig meng het monster, laat een magnetische roerder in de oplossing en laat het op een magneetroerder. Incubeer het monster bij 25 ° C.
8. Plaats de geleidbaarheidsmeter sonde (Thermo Orion model 105) in de flacon en noteer de geleidbaarheid meer dan 30 dagen.

6. Representatieve resultaten

We hebben toegepast proces verschillende kernmateriaal, waaronder oxiden (silica), zouten (KCl) metalen (Al), zoals in figuur 2. Transmissie-elektronenmicroscoop werd gebruikt om de radiale uniformiteit van de films te bevestigen en de dikte meten. Wij hebben succes beklede deeltjes varieert van 37 nm tot 200 nm in diameter (figuur 2) maar er is geen wezenlijke beperking van de grootte van deeltjes die kunnen worden behandeld door deze werkwijze. De mate van afzetting schaal ongeveer 1 nm / min. Deze tamelijk langzaam maakt het mogelijk om de dikte van de folies vrij controlenauwkeurig via de depositie tijd. De plasma-gepolymeriseerde schaal is een permeabele barrière, zoals blijkt uit het feit dat het kernmateriaal kan verwijderd door etsen of oplossen. Figuur 3 toont de holle schalen die achterblijven na de silica kern verwijderd. Het verwijderen van de kern is voltooid en de uniformiteit en radiale dikte van de folies vrij hoog. Voor de evaluatie van de permeabiliteit door deze films, overgestapt op KCl als het kernmateriaal na de ontbinding van KCl kan gemakkelijk gecontroleerd worden door de ionische geleidbaarheid van de oplossing. Figuur 4 toont de afgifte van KCl van de kern vier monsters met verschillende dikte 20 nm, 40 nm, 75 nm en 95 nm. Gecoate KCl deeltjes werden gesuspendeerd in water en de geleidbaarheid van de oplossing werd gevolgd gedurende een periode van 30 dagen. Naast de vier monsters werd een controle die bestaat uit bekleed KCl deeltjes bewaakt. Ongecoat KCl deeltjes dissolve binnen zeer korte tijd van ongeveer 1 minuut. Daarentegen, gecoat KCl geeft een significant lagere afgiftesnelheid. Het afgifteprofiel van de beklede deeltjes wordt gekenmerkt door eerste piekafgifte die plaats vindt in de eerste uur, gevolgd door een veel vertraagde vrijgave die meerdere dagen in beslag, afhankelijk van de dikte van de film.

Figuur 1. Schematische weergave van de bereiding van nanodeeltjes, plasmadepositie, en holle deeltjesvorming.

Figuur 2. TEM beelden van papier (a), (b) silicadeeltjes met d = 200 nm, (c) siliciumoxide deeltjes met d = 37 nm, (d) aluminium met d ~ 100 nm, en (e) KCl deeltje d = 100 nm

Figuur 3. TEM beelden van holle deeltjes na het etsen van de (a), (b) silica kern met een diameter van 200 nm, en (c) KCl kern.

Figuur 4. Effect van wanddikte over de introductie profiel. De inzet grafiek toont de afgifte in de eerste uur.

Discussie

Een van de grootste uitdagingen in de coating nanodeeltjes is het bieden van een compatibele chemie tussen coating en het substraat ^1,2. De methode beschreven heeft het voordeel dat het niet-specifieke materiaal. Plasma polymeren vertonen uitstekende hechting aan diverse substraten, waaronder harde metalen (figuur 2 (c)), kiezelaarde (figuur 2 (c)), silicium of zachte materialen (bijvoorbeeld polymeren) zonder speciale oppervlaktebehandeling ^{3 , 4,5.} De techniek he...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Silicadeeltjes	Geltech Inc
Kaliumchloride (kristallen)	Merck Chemicals Inc
Isopropylalcohol (99,9%)	Sigma-Aldrich
Fluorwaterstofzuur (48-51%)	VWR
Buizen en flenzen	Swagelok		diameter van ¼ en 1 inch
ruwen pomp	Edwards
vloeibare stikstof trap	A & N Corporation