Name: Een techniek om functionaliseren en zelf-assembleren Macroscopisch Nanoparticle-ligand Monolayer Films op-Sjabloonloze Substrates (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-09T19:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 9 s
Description: Leer een eenvoudige en schaalbare zelfassemblagetechniek voor het fabriceren van macroscopische nanopartikel-ligand-monolaagfilms op sjabloonvrije substraten. Deze methode maakt snelle functionalisatie en efficiënte filmvorming mogelijk.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund met financiering verstrekt van de Office of Naval Research. J. Fontana erkent de National Research Council voor een postdoctorale associateship.

1. Zelf geassembleerde ligand-nanodeeltjes Monolagen Als illustratief voorbeeld van de zelf-montagetechniek, macroscopische, thiol-alkaan bedekte gouden nanosphere monolaag films worden als volgt geproduceerd: <ol><li> Concentreer 15 nm goud nanospheres (in de handel verkrijgbaar bij een aantal dichtheid: 10 12 deeltjes / ml) tot ~ 10 13 deeltjes / ml in water. <ol><li> Plaats 15 ml van de verdunde nanosfeer water suspensie in een ultra centrifugaalfilter (100 K nominaal moleculair gewicht limiet). </li><li> Centrifugeer de filter / flacon bij 4.500 xg gedurende 2 minuten of tot slechts een paar ml blijven in de filterkamer. </li></ol></li><li> Resuspendeer de NanoSphere in ongeveer 1 ml gedeïoniseerd (DI) water zodanig dat de nanodeeltjes concentratie 10 13 deeltjes / ml. De ophanging is stabiel gedurende enkele uren een keer opnieuw gesuspendeerd in DI water. <ol><li> Controleer het aantal dichtheid en bevestig de nanodeeltjes have niet samengevoegd. Verdun de geconcentreerde suspensie nanodeeltjes met een factor 1:10 naar de oorspronkelijke concentratie plaatsen 0,150 ml van de suspensie in een cuvet (1 cm padlengte), en deze add 1,35 ml DI water. </li><li> Plaats de cuvet in een spectrometer en meet de absorptie spectrum van de ophanging en de originele ophanging. Vergelijk de piek positie en de volle breedte op halve hoogte om ervoor te zorgen aggregatie niet heeft plaatsgevonden. De omvang van de absorptie pieken voor beide monsters moet ongeveer gelijk zijn, waardoor het geconcentreerde monster dichter een factor 10. </li></ol></li><li> In een aparte schone 20 ml boorsilicaatglasflesje voeg 1 ml tetrahydrofuran (THF). </li><li> Voeg de thiol-alkaan liganden (bijv. 5 ml 1,6-hexaandithiol en 5 ml 1-dodecanethiol) de THF en schud de oplossing gelijkmatig te mengen. Genoeg ligand worden toegevoegd aan ten minste het gehele oppervlak van de gesuspendeerde nanodeeltjes omvatten. Excess ligand verhoogt de snelheid en efficiëntie van de reactie. </li><li> In een zuurkast, giet de inhoud van de flacon met het goud nanosferen in de flacon van THF-liganden. </li><li> Snel schroef op het deksel en schud de flacon krachtig gedurende 15 sec. </li><li> Verwijder het deksel en stel de flacon in de zuurkast, figuur 1 (a). Afhankelijk van de gebruikte liganden, domeinen van gouden nanodeeltjes films snel vormen in de lucht-water grensvlak, figuur 1 (c). De films worden dan beginnen vertalen de zijkanten van de flacon, Figuur 1 (d). Bijna alle nanodeeltjes afgedekt met thiol-ligand, uit de suspensie en binnen 1 uur, Figuur 1 (e) getransporteerd naar de zijkanten van de flacon. </li></ol> 2. Overdracht van de Monolagen op Removable Substrates <ol><li> Om de films op verwijderbaar glazen en silicium wafer substraten overbrengen: snijd de substraten in een gebied van 12,5 mm x 25,4 mm met behulp van eenschrijvende pen / wiel. <ol><li> Glassubstraten: schoon met een aceton spoeling, gevolgd door een isopropylalcohol spoelen, en tenslotte een DI-water spoelen. Laat de substraten te drogen, verder met paragraaf 2.2. </li><li> Silicon wafersubstraten: in een zuurkast te bereiden Piranha-oplossing (3 delen geconcentreerd zwavelzuur op 1 deel 30% waterstofperoxide, LET OP: oxidator, bijtend). Plaats 15 ml zwavelzuur in een 20 ml boorsilicaatglasflesje. Om dit langzaam 5 ml van 30% waterstofperoxide. Niet de dop op de flacon. Wees voorzichtig; het mengsel is sterk exotherm. Zie de referentie voor meer informatie over veiligheid 19. </li><li> Dompel zorgvuldig de silicium wafer substraten in Piranha-oplossing gedurende 30 minuten, te verwijderen, spoelen met DI-water en droog met stikstof. </li><li> Als optionele stap kan de flacon wordt gebruikt voor de nanodeeltjes ligand uitwisseling en zelf-assemblage worden salinized alle nanodeeltjes dwingen op het glazen substraat of silicon wafeltje in plaats van de wanden van de glazen flacon, anders verder met paragraaf 2.2. </li><li> Vul het glazen flesje met piranha-oplossing (LET OP: oxidator, bijtend), zie paragraaf 2.1.2. </li><li> Laat de flacon om te genieten gedurende 30 minuten. Na 30 min. Spoel de flacon met DI water. </li><li> Vul injectieflacon met 1% v / v hexamethyldisilazaan in aceton en cap. </li><li> Toelaten dat de gesloten flacon om te genieten voor 24 uur, dan afspoelen met DI-water en droog met stikstof. </li></ol></li><li> Voorafgaand aan het schudden (paragraaf 1.6) plaatst het substraat in de flacon. Schroef op het deksel en schud. </li><li> Na het schudden verwijderen deksel en, met een pincet, de positie van de ondergrond bijna verticaal tegen de flacon muur. </li><li> Gebruik een pipet om laag het reactiemengsel op het substraat. De reactie beëindigd wanneer alle organische oplosmiddel is verdampt of alle nanodeeltjes zijn verwijderd uit de suspensie. </li></ol> 3. Monolaag Analyse <ol><li> Schat deVerpakking efficiëntie van de nanosferen in de monolaag snel en houdt de transmissie en reflectie-eigenschappen van de film. Verlichten de monolaag op glazen substraten van achter met een wit-lichtbron. Met een witte lichtbron, moet een uniform gekleurde film worden waargenomen voor high-density nanodeeltjes monolaag films in de transmissie en een goud-achtige reflectie waargenomen in reflectie, figuur 2. </li><li> Gebruik een spectrometer (zie paragraaf 1.2.2) aan de macroscopische absorptie spectrum kwantificeren van de monolagen, Figuur 4. Normaliseren de absorptie spectrum met een schone glasplaatje. Monteer de monolaag film, op een glazen substraat, in de stralengang van de spectrometer en het verzamelen van de absorptie spectrum. Opmerking: De absorptie piek moet aanzienlijk roodverschoven enkele honderden nanometer, afhankelijk van de gebruikte ligand. De kwaliteitsfactor van de absorptiepiek moet vergelijkbaar zijn met de verdunde suspensie waarde, maar slechts licht broadened (Figuur 4). Als de extinctie piek is zeer breed of niet goed omschreven dan de monolaag films zijn waarschijnlijk van slechte kwaliteit, verder met paragraaf 3.3 voor verdere karakterisering. </li><li> Onderzoek de nanoscopische ordening van de nanosferen behulp van scanning elektronenmicroscopie (SEM) van monolagen overgebracht op silicium wafer substraten (zie paragraaf 2.1.2) zoals getoond in figuur 3. Wanneer de films op glassubstraten verbinding geleidende tape een hoek van de film en maalde het met de SEM voetstuk om oplading te voorkomen en laat beeldvorming. </li></ol> 4. Efficiënte Phase Transfer Techniek voor biologisch oplosbare nanodeeltjes <ol><li> Om de techniek als een doeltreffend middel om nanodeeltjes met thiol-liganden te functionaliseren, giet de resterende oplossing uit de bodem van de inhoud nadat de reactie voltooid is, paragraaf 1.7, en het materiaal droog in de flacon onder stikstof. </li><li> Voeg een organisch oplosmiddel (bijv.chloroform, tolueen) om opnieuw te schorten de nanodeeltjes met bijna 100% deeltje fasetransfer en herstel. </li><li> Herhaal punt 1.2.1 te zorgen voor de nanodeeltjes zijn niet samengevoegd bij het opnieuw schorsing in het organische oplosmiddel. Als de absorptiepiek is board ten opzichte van de oorspronkelijke suspensie, ultrasone trillingen het monster gedurende 15 minuten om redisperse nanoparticles figuur 4. </li></ol>

<ol><li>Fontana, J., Naciri, J., Rendell, R., Ratna, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Macroscopic+self-assembly+and+optical+characterization+of+nanoparticle%E2%80%93ligand+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Optical+Materials%22%5BJournal%5D)">Macroscopic self-assembly and optical characterization of nanoparticle–ligand metamaterials.</a> Advanced Optical Materials. 1, 100-106 (2013).</li>
<li>Fontana, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+surface-enhanced+Raman+scattering+from+self-assembled+gold+nanosphere+monolayers%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Large surface-enhanced Raman scattering from self-assembled gold nanosphere monolayers.</a> Applied Physics Letters. 102, (2013).</li>
<li>Mayya, K. S., Sastry, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+technique+for+the+spontaneous+growth+of+colloidal+nanoparticle+superlattices%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">A new technique for the spontaneous growth of colloidal nanoparticle superlattices.</a> Langmuir. 15, 1902-1904 (1999).</li>
<li>Spain, E. M., Johnson, D. D., Kang, B., Vigorita, J. L., Amram, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Marangoni+flow+of+Ag+nanoparticles+from+the+fluid-fluid+interface%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+A%22%5BJournal%5D)">Marangoni flow of Ag nanoparticles from the fluid-fluid interface.</a> J Phys Chem A. 112, 9318-9323 (2008).</li>
<li>Sihvola, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metamaterials%3A+A+Personal+View%5BTitle%5D)+AND+%22Radioengineering%22%5BJournal%5D)">Metamaterials: A Personal View.</a> Radioengineering. 18, 90-94 (2009).</li>
<li>Valentine, J., Li, J. S., Zentgraf, T., Bartal, G., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+optical+cloak+made+of+dielectrics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">An optical cloak made of dielectrics.</a> Nature Materials. 8, 568-571 (2009).</li>
<li>Seo, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Double+hydrophilic+block+copolymer+templated+Au+nanoparticles+with+enhanced+catalytic+activity+toward+nitroarene+reduction%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Double hydrophilic block copolymer templated Au nanoparticles with enhanced catalytic activity toward nitroarene reduction.</a> The Journal of Physical Chemistry C. , (2013).</li>
<li>Ward, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+measurements+of+electronic+conduction+and+Raman+response+in+molecular+junctions%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Simultaneous measurements of electronic conduction and Raman response in molecular junctions.</a> Nano Letters. 8, 919-924 (2008).</li>
<li>Perez-Gonzalez, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Spectroscopy+of+Conductive+Junctions+in+Plasmonic+Cavities%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Optical Spectroscopy of Conductive Junctions in Plasmonic Cavities.</a> Nano Letters. 10, 3090-3095 (2010).</li>
<li>Xiao, S. M., Chettiar, U. K., Kildishev, A. V., Drachev, V. P., Shalaev, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Yellow-light+negative-index+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Yellow-light negative-index metamaterials.</a> Optics Letters. 34, 3478-3480 (2009).</li>
<li>Fang, N., Lee, H., Sun, C., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sub-diffraction-limited+optical+imaging+with+a+silver+superlens%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Sub-diffraction-limited optical imaging with a silver superlens.</a> Science. 308, (2005).</li>
<li>Liu, Z. W., Lee, H., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Far-field+optical+hyperlens+magnifying+sub-diffraction-limited+objects%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Far-field optical hyperlens magnifying sub-diffraction-limited objects.</a> Science. 315, 1686-1686 (2007).</li>
<li>Valentine, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+optical+metamaterial+with+a+negative+refractive+index%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional optical metamaterial with a negative refractive index.</a> Nature. 455, (2008).</li>
<li>Law, M., Greene, L. E., Johnson, J. C., Saykally, R., Yang, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanowire+dye-sensitized+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Nanowire dye-sensitized solar cells.</a> Nature Materials. 4, 455-459 (2005).</li>
<li>Frens, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+Nucleation+for+Regulation+of+Particle-Size+in+Monodisperse+Gold+Suspensions%5BTitle%5D)+AND+%22Nature-Phys+Sci%22%5BJournal%5D)">Controlled Nucleation for Regulation of Particle-Size in Monodisperse Gold Suspensions.</a> Nature-Phys Sci. 241, 20-22 (1973).</li>
<li>Ye, X., Chen, J., Diroll, B. T., Murray, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+Plasmonic+Coupling+in+Self-Assembled+Binary+Nanocrystal+Superlattices+Studied+by+Correlated+Optical+Microspectrophotometry+and+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Tunable Plasmonic Coupling in Self-Assembled Binary Nanocrystal Superlattices Studied by Correlated Optical Microspectrophotometry and Electron Microscopy.</a> Nano Letters. 13, 1291-1297 (2013).</li>
<li>Bigioni, T. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetically+driven+self-assembly+of+highly+ordered+nanoparticle+monolayers%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Kinetically driven self-assembly of highly ordered nanoparticle monolayers.</a> Nature Materials. 5, (2006).</li>
<li>Ng, K. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free-Standing+Plasmonic-Nanorod+Super+lattice+Sheets%5BTitle%5D)+AND+%22Acs+Nano%22%5BJournal%5D)">Free-Standing Plasmonic-Nanorod Super lattice Sheets.</a> Acs Nano. 6, 925-934 (2012).</li>
<li>Romero, I., Aizpurua, J., Bryant, G. W., de Abajo, F. J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmons+in+nearly+touching+metallic+nanoparticles%3A+singular+response+in+the+limit+of+touching+dimers%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Plasmons in nearly touching metallic nanoparticles: singular response in the limit of touching dimers.</a> Optics Express. 14, 9988-9999 (2006).</li>
<li>Caragheorgheopol, A., Chechik, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanistic+aspects+of+ligand+exchange+in+Au+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Mechanistic aspects of ligand exchange in Au nanoparticles.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 10, 5029-5041 (2008).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dit protocol beschrijft een &#39;one-pot&#39; zelf-assemblage techniek om macroscopische nanodeeltjes-ligand monolaag films met behulp van fase-transfer, fasescheiding en oppervlaktespanning verlopen maken. Het voordeel van deze techniek is dat het combineert drie zelfassemblage in een enkele procedure, goedkope proces; door snel en efficiënt geleidelijk overdragen van de nanodeeltjes, de montage van de deeltjes in monolagen van het lucht-vloeistof interface en het transport van de monolaag films op-template gratis subs...

De zelf-assemblage van macroscopische nanodeeltjes films heeft veel aandacht getrokken vanwege hun unieke eigenschappen bepaald op basis van de geometrie en de samenstelling van de elementen 5 en kan leiden tot een breed scala van optische, elektronische en chemische toepassingen 6-14. Om zelf te monteren dergelijke films metallische nanodeeltjes afgedekt met liganden moeten worden verpakt in hoge dichtheid, monolagen. Maar verschillende assemblage kwesties moeten worden gericht aan de ontwikkeling van dergelijke materialen te bevorderen. Eerste, oppervlakteactieve gestabiliseerde nanodeeltjes worden meestal gesynthetiseerd door nat-chemische methoden in verdunde suspensies 15. Aggregatie voorkomen en de wisselwerking afstand van de nanodeeltjes in de films besturen, moet de nanodeeltjes worden afgedekt met ligand schelpen. Nadat de nanodeeltjes zijn gefunctionaliseerd met liganden nanoparticles meestal blijven relatief verdunde suspensies. Een techniek is dan needed om zelf te monteren de nanodeeltjes in macroscopische, high-density, monolaag films 16, 17. Cheng et al.. 18 fase overgebracht goud nanorods behulp gethioleerde polystyreen in een met water tetrahydrofuraan schorsing. De nanorods werden vervolgens geresuspendeerd in chloroform en een druppel werd geplaatst in een lucht-water grensvlak en ingedampt langzaam vorming monolaag films. Bigioni et al.. 17 gemaakt macroscopische monolagen van dodecaanthiol bedekte goud nanospheres behulp overmaat ligand en een snelle verdamping van het oplosmiddel, maar de nanobolletjes die nodig is om fase voorafgaand overgebracht naar zelf-assemblage zijn. Zodra de monolaag film ontstaat ze normaal gesproken moet op een substraat te transporteren. Mayya et al.. 3 opgesloten nanospheres bij een water-tolueen-interface en overgebracht ze op-template gratis substraten met behulp van oppervlaktespanning gradiënten. Evenzo Johnson <em&gt; et al.. 4 opgeschort zilver nanospheres dan ligand en vervolgens vertaald de nanodeeltjes op de wanden van de flacon met behulp van oppervlaktespanning gradiënten uit twee niet-mengbare vloeistoffen. Terwijl assemblagetechnieken bestaan ​​elk van deze punten de behoefte aan efficiënte technieken nodig om te helpen bij de ontwikkeling van grootschalige nanodeeltjes filmproductie pakken. Hier laten we een eenvoudige en robuuste techniek die de drie zelfassemblage problemen hierboven beschreven om een &quot;een-pot&quot; techniek figuur 1 gecombineerd. Een water mengbaar organisch oplosmiddel (bijv. tetrahydrofuran, dimeythl sulfoxide) wordt gebruikt eerst snel en efficiënt thiol-liganden (bijv. thiol-alkaan, thiol-, thiol-fenol) functionaliseren op de nanodeeltjes (bijvoorbeeld goud nanosferen, nanorods, enz.). Het mengsel rijdt vervolgens zelf-assemblage van de nanodeeltjes in macroscopische, high-density, monolayer films in de lucht-vloeistof interface met behulp van fasescheiding. Tenslotte monolaag films van nanodeeltjes vormen op-template substraten middels oppervlaktespanning gradiënten van water / organisch oplosmiddel-mengsel, Figuur 2 en Figuur 3.

<table><tbody><tr><td>1,6-hexanedithiol</td><td>Sigma</td><td>H12005-5G</td><td></td></tr><tr><td>1-dodecanethiol</td><td>Sigma</td><td>471364-100ML</td><td></td></tr><tr><td>20 ml vloeibare scintillatie-violen</td><td>Sigma</td><td>Z253081-1PAK</td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Sigma</td><td>650501-1L</td><td></td></tr><tr><td>Amicon ultra-15 centrifugaalfilter</td><td>Millipore</td><td>100K</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Sorvall</td><td>RC5B</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5810R</td><td></td></tr><tr><td>Degeïoniseerd water</td><td>In-house</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Glazen dia's</td><td>Sigma</td><td>CLS294875X25-72EA</td><td></td></tr><tr><td>15 nm gouden nanospheres</td><td>Ted Pella, Inc</td><td>15703-1</td><td></td></tr><tr><td>Hexamethyldisilazane</td><td>Sigma</td><td>52619-50ML</td><td></td></tr><tr><td>Waterstofperoxide (30%)</td><td>Sigma</td><td>216763-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Scannende elektronenmicroscoop</td><td>Carl Zeiss</td><td>Model 55</td><td></td></tr><tr><td>Gepolijste siliciumwafer</td><td>Sun Edison</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Spectrometer</td><td>OceanOptics</td><td>USB4000-VIS-NIR</td><td></td></tr><tr><td>Zwavelzuur</td><td>Fisher</td><td>A300-212</td><td></td></tr><tr><td>Tetrahydrofuraan</td><td>Sigma</td><td>401757-100ML</td><td></td></tr></tbody></table>

een techniek om functionaliseren en zelf-assembleren macroscopisch nanoparticle-ligand monolayer films op-sjabloonloze substrates

A Technique to Functionalize and Self-assemble Macroscopic Nanoparticle-ligand Monolayer Films onto Template-free Substrates

Dit protocol beschrijft een zelf-assemblage techniek om macroscopische monolaag films samengesteld uit-ligand gecoate nanodeeltjes 1, 2 creëren. De eenvoudige, robuuste en schaalbare techniek efficiënt functionalizes metallische nanodeeltjes met thiol-liganden in een mengbaar water / organisch oplosmiddel mengsel om snelle enten van thiol groepen op de gouden nanodeeltjes oppervlak. De hydrofobe liganden op nanodeeltjes dan snel fasescheiding de nanodeeltjes uit de waterige suspensie op en beperken ze de lucht-vloeistof-interface. Dit drijft de-ligand bedekte nanodeeltjes monolaag domeinen vormen bij de lucht-vloeistof interface. Het gebruik van met water mengbare organische oplosmiddelen is belangrijk omdat het mogelijk maakt het transport van de nanodeeltjes van het grensvlak op-template substraten. De stroom wordt gemedieerd door een oppervlaktespanning gradiënt 3, 4 en creëert macroscopische, hoge dichtheid monolaag nanoparticle-ligand films. Deze zelf-assemblage techniek kan worden gegeneraliseerd tot het gebruik van deeltjes van verschillende samenstelling, grootte bevatten en vorm en kan leiden tot een efficiënte werkwijze voor het samenstellen van goedkope, macroscopische, hoge dichtheid monolaag nanodeeltjes films voor wijdverbreide toepassingen produceren .

Figuur 1 (a) toont een suspensie van goud nanosferen, thiol-alkaan liganden, tetrahydrofuran en water in een glazen flesje onmiddellijk na het mengen. Een schema van de drie zelfassemblage stadia faseoverdrachtskatalysator, fasescheiding en oppervlaktespanning gradiënt gemedieerd transport film wordt getoond in Figuur 1 (b) een vergroot aanzicht van de lucht-vloeistof-interface nabij de zijde van de flacon. De thiolgroepen op de liganden snel binden aan de g...

Een eenvoudige, robuuste en schaalbare techniek om functionaliseren en zelf te monteren macroscopische nanodeeltjes-ligand monolaag films op-template gratis substraten wordt beschreven in dit protocol.

Een techniek om functionaliseren en zelf-assembleren Macroscopisch Nanoparticle-ligand Monolayer Films op-Sjabloonloze Substrates

This protocol describes a self-assembly technique to create macroscopic monolayer films composed of ligand-coated nanoparticles1,2. The simple, robust and ...

Het algemene doel van deze procedure is het ontwikkelen van macroscopische monolaagfilms van nanodeeltjes en liganden. Dit wordt bereikt door gebruik te maken van een enkele one-pot zelfassemblagetechniek. Eerst worden metalen nanodeeltjes snel gefunctionaliseerd met liganden in een waterig medium of een THF-oplosmiddel.Vervolgens zorgen de liganden ervoor dat de nanodeeltjes fasescheiding ondergaan naar de interface tussen lucht en oplosmiddel. Ten slotte worden de nanodeeltjes via oppervlaktespanninggradiënten naar substraaten zonder sjabloon getransporteerd, waarbij ze zichzelf assembleren tot macroscopische nanodeeltjes-ligandmonolaagfilms. Uiteindelijk biedt deze procedure een eenvoudige, robuuste en schaalbare techniek om macroscopische nanodeeltjes-ligandmonolaagfilms te functionaliseren en te assembleren op substraaten zonder sjabloon.Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van andere methoden voor interfaciale assemblage is de snelle en efficiënte functionalisering van nanodeeltjes en de zelfassemblage tot macroscopische monolaagfilms. Hoewel deze methode inzicht kan geven in de organisch-anorganische interface op nanoschaal, kan deze ook worden toegepast in een breed scala aan toepassingen, zoals metamaterialen, fotovoltaïca en moleculaire sensoren. Begin met het concentreren van commercieel beschikbare 15 nanometer gouden nanosferen door 15 milliliters van de verdunde waterсусpensie van nanosferen in een ultracentrifugaalfilter te plaatsen.Centrifugeer de eenheid vervolgens bij 4 500 Gs gedurende twee minuten of totdat er slechts enkele microliters in de filterkamer overblijven. Resuspendeer de nanosfeer in 1,5 milliliter gedeïoniseerd water (DI-water) of zodanig dat de nanodeeltjesconcentratie ongeveer 10¹³ deeltjes per milliliter is. De suspensie is enkele uren stabiel.Zodra ze zijn geresuspendeerd in gedestilleerd water, pipetteer dan eerst 150 µL van de suspensie in een cuvet om de numerieke dichtheid te verifiëren en te bevestigen dat de nanodeeltjes niet zijn geaggregeerd. Verdun daarnaast de geconcentreerde nanodeeltjessuspensie met 1,35 mL gedestilleerd water. Plaats vervolgens de cuvet in een UV-Vis-spectrometer en meet het absorptiespectrum van zowel de bereide suspensie als de oorspronkelijke suspensie.Vergelijk de piekpositie in de volledige breedte op halfmaximum om te bevestigen dat er geen aggregatie heeft plaatsgevonden. De grootte van de absorptiepieken voor beide monsters moet ongeveer gelijk zijn. Hiermee wordt gegarandeerd dat het geconcentreerde monster een factor 10 dichter is in een apart schoon silicaatglasflaskje van 20 milliliter met één milliliter tetrahydrofuraan.Voeg vervolgens thiol-alkaanliganden toe aan de THF en schud. De oplossing moet voldoende uniform mengen. De liganden moeten in een hoeveelheid worden toegevoegd die ten minste het gehele oppervlak van de gesuspendeerde nanodeeltjes bedekt.Een overmaat aan liganden verhoogt de snelheid en efficiëntie van de reactie in een zuurkast. Breng één milliliter van het vial met goudnanosferen over in het vial met THF-liganden. Draai het deksel snel vast en schud het vial krachtig gedurende 15 seconden.Verwijder de dop en zet het flesje neer. In de zuurkast vormen domeinen van gebruikte gouden nanodeeltjes, afhankelijk van de liganden, zich snel aan de lucht-vloeistofinterface. De films beginnen vervolgens langs de wand van het flesje omhoog te trekken.Bijna alle nanodeeltjes zijn gecapt met thal-liganden, waardoor ze binnen een uur uit de suspensie zijn verwijderd en naar de wand van de flacons zijn getransporteerd. Om de films over te brengen naar verwijderbare glazen substraten, snijdt u de substraten in een oppervlak van 12,5 bij 25,4 millimeter met een ritspen of snijwieltje voor glas; reinig de substraten met een spoeling met aceton, gevolgd door een spoeling met isopropylalcohol en tot slot een spoeling met DI-water.Raadpleeg het tekstprotocol voor de preparatie van siliciumwafers voordat de substraten worden gedroogd. Plaats vervolgens het substraat in het eerder voorbereide flesje met nanosferen en liganden. Draai de dop erop en schud.Verwijder na het schudden het deksel met een pincet. Plaats het substraat bijna verticaal tegen de wand van het vial. Breng vervolgens met een pipet het reactiemengsel aan op het substraat.De reactie stopt wanneer alle organische oplosmiddel is verdampt of wanneer alle nanodeeltjes uit de suspensie zijn verwijderd. Schat de pakkingsefficiëntie van de nanosferen in de monolaag in door de transmissie- en reflectie-eigenschappen van de film te observeren. Verlicht de monolaag op glazen substraten van achteren met een witte lichtbron.Voor monolaagfilms van nanodeeltjes met een hoge dichtheid moet een uniform gekleurde film in transmissie en een goudachtige reflectie in reflectie worden waargenomen. Gebruik vervolgens een spectrometer om het macroscopische absorptiespectrum van de monolagen te kwantificeren. Normaliseer, zoals eerder gedaan, het absorptiespectrum met een schoon objectglas.Monteer vervolgens de monolaagfilm op een glazen substraat in het straalpad van de spectrometer en verzamel het absorptiespectrum. De absorptiepiek moet significant verschoven zijn naar het rood met enkele honderden nanometers, afhankelijk van het gebruikte ligand. Als de absorptiepiek zeer breed of niet goed gedefinieerd is, zijn de monolaagfilms waarschijnlijk van lage kwaliteit.Om de techniek als een efficiënt middel te gebruiken voor de functionalisering van de nanodeeltjes met thal-liganden. Giet het resterende volume vanuit de bodem van het vial af. Nadat de reactie is voltooid, wordt het materiaal in het vial onder stikstof gedroogd.Voeg een organisch oplosmiddel toe om de nanodeeltjes te resuspenderen met een partikelfase-overdracht en herstel van bijna 100%. Controleer of de nanodeeltjes niet zijn geaggregeerd na resuspensie in het organische oplosmiddel zoals voorheen; indien de absorptiepiek breed is in vergelijking met de oorspronkelijke suspensie, soniceer het monster dan 15 minuten om de nanodeeltjes te helpen herdispergeren. Een thi-alkaan-gecapte monolaagfilm van 15 nanometer gouden nanosferen op een glassubstraat vertoont gedeeltelijke reflectie van licht, wat wijst op een hoog volumefractie van nanosferen, en transmissie van licht, wat de behouden plasma-resonanties aantoont. De hier getoonde uniformiteit en optische helderheid zijn valsgekleurde scanning-elektronenmicroscopiebeelden van een acaan-gecapte monolaagfilm van 15 nanometer gouden nanosferen op een siliciumwafer-substraat. De rand van de film demonstreert dat de films monolagen zijn en dat de nanosferen zich op microscopische lengteschalen in amorfe domeinen pakken.Op nanoscopische lengteschalen. De films bevatten hexagonaal dichtgepakte domeinen, zoals aangetoond door de Fourier-transformatie van de getoonde afbeelding. Hier is de genormaliseerde experimentele absorptie van een monolaagfilm bestaande uit thiol-gefunctionaliseerde goudnanosferen van ca 15 nm op een glazen substraat.Een suspensie van 15 nanometer gouden nanosferen in water en gefase-overgeplaatst naar chloroform. Eenmaal beheerst, kan deze techniek in minder dan een uur worden voltooid als deze correct wordt uitgevoerd. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u metalen nanodeeltjes efficiënt kunt functionaliseren en zelfassembleren tot microscopische monolithische films.

a-technique-to-functionalize-self-assemble-macroscopic-nanoparticle

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Alkanethiolate gestabiliseerd goudcolloïden bekend als monolayer beschermd clusters (MPL) zijn gesynthetiseerd, gekarakteriseerd, en geassembleerd in dunne films als een adsorptie-interface voor eiwitten monolaag elektrochemie van eenvoudige redox eiwit...

Synthese, Vergadering, en de karakterisatie van monolaag Protected gouden nanodeeltjes Films voor eiwit monolaag Elektrochemie

Verschillende procedures worden geschetst om atomair gedefinieerde templates voor te bereiden op epitaxiale groei van complexe oxide deklagen. Chemische behandeling van enkele kristallijne SrTiO 3 (001) en DYSCO 3 (110) substraten werden uitgevoerd om atomair glad, enkel beëindigd oppervlakken te verkrijgen. Ca 2 Nb 3 O 10 - nanosheets werden gebruikt om atomair gedefinieerde templates op willekeurige substraten te creëren.

Atomair gedefinieerde templates voor epitaxiale groei van complexe oxide deklagen

We beschrijven een methode voor het fabriceren van grootoppervlakte (tot 13 cm diameter) en ultradunne (zo dun als 8 nm) polymeerfilms. In plaats van een opofferlaag te gebruiken om de film van zijn substraat te delamineren, gebruiken we een zelflimiterende oppervlaktebehandeling die geschikt is voor willekeurig grote oppervlakken.

Fabricage van Groot-area Vrijstaande Ultradunne Polymer Films

In dit artikel beschrijven we de interfaciale synthese van geconjugeerde microporeuze polymeren (CMP) op opofferende substraten, en de oplossing van het substraat voor de bereiding van vrijstaande CMP-nanomembranen. Bovendien zullen we beschrijven hoe de kwetsbare nanomembranen kunnen worden overgedragen naar andere substraten.

Layer-by-layer synthese en de overdracht van Vrijstaande geconjugeerde Microporous Polymer Nanomembranes

Nanoschalige zee-eilandoppervlakken, samengesteld uit thermoresponsieve blokcopolymeren, werden vervaardigd door de Langmuir-Schaefer-methode voor het controleren van spontane celhechting en loslating. Zowel de bereiding van het oppervlak als de hechting en loslating van cellen op het oppervlak werden gevisualiseerd.

Voorbereiding van de thermoresponsieve nanogestructureerde oppervlakken voor Tissue Engineering

Een protocol voor het produceren van een groot gebied van nanogepatterreerde substraten uit kleine nanogepatterreerde mallen voor studie van nanotopografische modulatie van celgedrag wordt gepresenteerd.

Uitbreiding van nanopatterned Substrates met steek Techniek voor Nanotopographical Modulation of Cell Behavior

Wij presenteren een protocol glas functionaliseren met nanometrische eiwit pleisters omgeven door een vloeibare lipide dubbellaag. Deze substraten zijn compatibel met geavanceerde optische microscopie en zullen naar verwachting om te dienen als platform voor celadhesie en migratie studies.

Ligand Nano-cluster Arrays in een ondersteunde lipide dubbellaag

We tonen de fabricage van periodieke gouden nanocup arrays gebruikmakend van de colloïdale lithografische technieken en bespreken het belang van nanoplasmonic films.

Fabricage van periodieke gouden Nanocup Arrays gebruikmakend van de colloïdale lithografie

Oppervlakte fabricage methoden voor patroon afzetting van nanometer dik borstels of micron dik, kruisverwijzende films van een azlactone blok co-polymeer worden gemeld. Kritische experimentele stappen, representatieve resultaten en beperkingen van elke methode worden besproken. Deze methoden zijn handig voor het creëren van functionele interfaces met op maat gemaakte fysieke kenmerken en afstembare oppervlakte reactiviteit.

Fabriceren van reactieve oppervlakken met borstel-achtige en kruisverwijzende Films van Azlactone-matiemaatschappij blok co-polymeren

Dit protocol gegevens een nieuwe nano-productie-techniek die kan worden gebruikt om controleerbaar en aanpasbare nanoparticle films over grote gebieden op basis van de zelf-assemblage van de dewetting van verkapte metalen films.

Groot gebied substraat-gebaseerde Nanofabrication van controleerbaar en aanpasbare gouden nanodeeltjes Via afgetopte Dewetting

Een protocol voor de synthese en karakterisering van zelfgeassembleerde metaal-organische raamwerkmonolagen wordt geleverd met behulp van polymeergeënte, metaal-organische raamwerk (MOF) kristallen. De procedure toont aan dat polymeer-geënte MOF-deeltjes zichzelf kunnen assembleren op een lucht-watergrensvlak, wat resulteert in goed gevormde, vrijstaande monolaagstructuren, zoals blijkt uit scanning-elektronenmicroscopiebeeldvorming.

Synthese en karakterisering van zelf-geassembleerde metaal-organische raamwerk monolagen met behulp van polymeer-gecoate deeltjes

Leer een eenvoudige en schaalbare zelfassemblagetechniek voor het fabriceren van macroscopische nanopartikel-ligand-monolaagfilms op sjabloonvrije substraten. Deze methode maakt snelle functionalisatie en efficiënte filmvorming mogelijk.

Een techniek om functionaliseren en zelf-assembleren Macroscopisch Nanoparticle-ligand Monolayer Films op-Sjabloonloze Substrates (Video) | JoVE Journal

Een techniek om functionaliseren en zelf-assembleren Macroscopisch Nanoparticle-ligand Monolayer Films op-Sjabloonloze Substrates

Meer video's verkennen