Artykuł metodologiczny

Wykorzystanie nanocząstek metali pokrytych blokiem polistyrenu (kwas akrylowy) jako monomerów do ich homo- i kopolimeryzacji

DOI:

10.3791/52954

⸱

9 lipca 2015

 ,  ,  , 
1Division of Chemistry and Biological Chemistry, Nanyang Technological University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Raportujemy protokoły "polimeryzacji" różnych typów nanocząsteczek metalowych w kapsułkach polimerowych w długie łańcuchy "homo-" i "kopolimerów".

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Prezentujemy metodę "polimeryzacji" nanocząstek w długie łańcuchy bez bocznych rozgałęzień. Różne nanocząstki są zamknięte w powłokach z poli(kwasu akrylowego) (PSPAA) w bloku polistyrenowym, a następnie wykorzystywane jako monomery do ich samoorganizacji. Wiadomo, że sferyczne micele PSPAA po potraktowaniu kwasem łączą się w cylindryczne micele. Wykorzystując tę tendencję, nanocząstki typu rdzeń-powłoka są indukowane do agregacji, łączenia, a następnie przekształcania się w długie łańcuchy. Gdy stosuje się więcej niż jeden rodzaj nanocząstek, można otrzymać losowe i blokowe "kopolimery" nanocząstek. Podano szczegółowe procedury dotyczące enkapsulacji nanocząstek w ramach PSPAA, homo- i kopolimeryzacji nanocząstek typu rdzeń-powłoka, separacji i oczyszczania powstałych łańcuchów nanocząstek. Przedstawiono również przemiany łańcuchów jednoliniowych na łańcuchy dwu- i trzyliniowe. Synergia między powłoką polimerową a osadzonymi nanocząstkami prowadzi do niezwykłego trybu polimeryzacji opartej na wzroście łańcucha, dając długie łańcuchy nanocząstek, które różnią się od produktów tradycyjnego procesu agregacji przyrostowej.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Pomimo ogromnego postępu w syntezie nanocząstek w ciągu ostatnich dwóch dekad, ich uporządkowane składanie pozostaje wielkim wyzwaniem. Nasze syntetyczne zdolności w łączeniu podstawowych elementów budulcowych mają kluczowe znaczenie dla badania i wykorzystywania ich synergicznych efektów i właściwości zbiorowych. W związku z tym opracowanie nowych szlaków reakcji i zbadanie mechanizmów leżących u ich podstaw jest krokiem w kierunku racjonalnej syntezy złożonych nanourządzeń.

Wśród bogatej różnorodności strukturalnej możliwych zespołów nanocząstek, jednowymiarowe (1D) łańcuchy okazały się użyteczne w nanoelektronice, optoelektronice i biosensorach. 1-4 Zazwyczaj samoorganizacja nanocząstek w struktury przypominające łańcuchy wymaga magnetycznych lub elektrycznych oddziaływań dipolowych, anizotropowego odpychania elektrostatycznego lub zewnętrznych szablonów. 5-11 Do montażu indukowanego dipolem potrzebne są nanocząstki z trwałymi dipolami, takie jak nanocząstki magnetyczne i nanocząstki półprzewodnikowe w specjalnych środowiskach. 12-15 W przypadku nanocząstek bez stałego dipola wykazano, że stosunkowo słabsze odpychanie elektrostatyczne na końcach łańcuchów nanocząstek może sprzyjać selektywnemu przyłączaniu się nanocząstek do nich, a tym samym wzrostowi łańcucha 1D. 16,17 Ponieważ nanocząstki mogą agregować się ze sobą i z oligomerami, agregacja często przebiega zgodnie z wewnętrznym trybem przyrostowym, co prowadzi do krótkiej długości łańcucha i braku kontroli nad rozgałęzieniami. Wreszcie, nanocząstki mogą być adsorbowane na matrycach 1D w celu utworzenia łańcuchów, ale zwykle bardzo trudno jest osiągnąć bezpieczne zakotwiczenie i uniknąć przerw między nanocząstkami.

Przy tych istniejących metodach, hetero-montaż lub "kopolimeryzacja" nanocząstek jest szczególnie trudna. Kilka pionierskich prac wykazało "kopolimeryzację" krótkich łańcuchów nanocząstek wykorzystujących dipol magnetyczny18 lub odpychanie elektrostatyczne. Rozdział 19

Ostatnio informowaliśmy o homo- i kopolimeryzacji nanocząstek pokrytych PSPAA w łańcuchy. 20,21 Ten nowy szlak syntezy obejmuje łatwą syntezę koloidalną i ogólne zastosowanie różnych typów nanocząstek. Pozwala na tworzenie ultradługich łańcuchów bez rozgałęzień i umożliwia łatwą kontrolę ich długości i szerokości (łańcuchy jedno-, dwu- i trzyliniowe). Co najważniejsze, losowe i kopolimery nanocząstek mogą być syntetyzowane przy lepszej kontroli strukturalnej. W tej pracy udostępniamy protokoły wideo dla powiązanych syntez, mając na celu przedstawienie szczegółowej demonstracji i prezentacji.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Uwaga: Należy zapoznać się ze wszystkimi odpowiednimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznej (MSDS). Niektóre chemikalia używane w tych syntezach są, toksyczne i prawdopodobnie rakotwórcze. Nanomateriały mogą wiązać się z nierozpoznanymi zagrożeniami w porównaniu z ich masowymi odpowiednikami. Podczas przeprowadzania reakcji należy stosować odpowiednie praktyki bezpieczeństwa, w tym używać dygestorium i środków ochrony osobistej (okulary ochronne, rękawice, fartuch laboratoryjny, długie spodnie, buty z zakrytymi palcami itp.).

1. Synteza nanocząstek metali

Uwaga: Wszystkie naczynia szklane używane w syntezach są myte wodą królewską (UWAGA: bardzo kwaśne i, należy obchodzić się z nimi ostrożnie i usuwać zgodnie z przepisami), dokładnie płukane, a następnie suszone w piecu o temperaturze 60 °C. Zanieczyszczenie lub pozostałość metalu może prowadzić do przedwczesnego zarodkowania i niepowodzenia syntezy nanocząstek.

  1. Synteza nanocząstek Au 16 i 32 nm (AuNPs)
    1. Rozpuścić 10 mg wodorotetrachlorouranianu(III) hydratu (HAuCl4∙3H2O) w 100 ml wody dejonizowanej (DI) w kolbie okrągłodennej wyposażonej w kondensator i mieszadło.
    2. Mieszając, podgrzej roztwór do refluksu (wrzenie, 100 °C). Żółty kolor HAuCl4 pozostaje niezmieniony
      3. .
    3. Przygotować 1% roztwór cytrynianu sodu, rozpuszczając 30 mg cytrynianu sodu w 3 ml wody demineralizowanej.
    4. W celu syntezy 16 nm AuNPs, wstrzyknąć 3 ml 1% roztworu cytrynianu sodu (1.1.3) do wrzącego roztworu HAuCl4 (1.1.2). Roztwór zmienia kolor na szary w ciągu 1 minuty, a następnie stopniowo zmienia kolor na czerwony.
      1. Aby zsyntetyzować NP Au o długości 32 nm, należy zamiast tego użyć 1,5 ml roztworu cytrynianu sodu. Mniejsza ilość reduktora prowadzi do mniej rozległego jednorodnego zarodkowania, dzięki czemu każde jądro może rosnąć.
    5. Utrzymuj roztwór w stanie wrzenia przez kolejne 30 minut, a następnie schładzaj do temperatury suchej do użycia w kolejnych reakcjach.
    6. Potwierdzić wielkość i morfologię otrzymanych AuNP za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM).
      1. Aby przygotować próbkę TEM, należy najpierw zagęścić AuNPs, przenosząc 1,5 ml zsyntetyzowanego roztworu do probówki mikrowirówkowej i odwirować ją przy 16 000 x g przez 15 minut. Po usunięciu przezroczystego supernatantu należy upuścić 10 μl podwielokrotności roztworu pozostałości na miedzianą siatkę TEM. Odchodić nadmiar cieczy za pomocą bibuły filtracyjnej i wysuszyć miedzianą siatkę na powietrzu.
      2. Aby przeprowadzić charakterystykę TEM, załaduj próbkę z siatki miedzianej do uchwytu TEM, zabezpiecz próbkę i załaduj uchwyt do komory na próbkę zgodnie ze standardowymi procedurami operacyjnymi (specyficznymi dla typu/marki przyrządu). 22 Rozdział 22
  2. Synteza nanoprętów Au (AuNRs)
    1. Przygotuj roztwór nasion. Przy energicznym mieszaniu dodać 0,6 ml 10 mM chłodzonego lodem borowodorku sodu (NaBH4) do 10 ml 0,25 mM HAuCl4∙3H2O przygotowanego w 0,1 M roztworze bromku heksadecylotrimetyloamoniowego (CTAB). Kontynuuj mieszanie przez 10 minut.
    2. Dodać kolejno 95 ml 0,1 M CTAB, 1 ml 10 mM azotanu srebra (AgNO3), 5 ml 10 mM HAuCl4∙3H2O do kolby stożkowej o pojemności 200 ml.
    3. Dodać 0,55 ml 0,1 M kwasu L-askorbinowego do roztworu i delikatnie wstrząsnąć w celu homogenizacji roztworu.
    4. Natychmiast dodać 0,12 ml roztworu nasion (krok 1.2.1). Wymieszaj roztwór, delikatnie wstrząsając i pozostaw go w spokoju O/N (14-16 godzin).
  3. Synteza nanodrutów t-Te (TeNWs)
    1. Przygotować 10 ml roztworu N2H4 przez zmieszanie 1 ml czystego roztworu N2H 4·H2O z 9 ml wody demineralizowanej.
    2. Powoli dodać 16 mg proszku TeO2 do roztworuN2H4 (etap 1.3.1) w zlewce w temperaturze pokojowej, ciągle mieszając. Po około 10 minutach proszek całkowicie się rozpuszcza. Roztwór zmieniałby się z bezbarwnego na bursztynowy, fioletowy i ostatecznie na niebieski, co wskazywałoby na tworzenie się nanodrutów t-Te.
    3. Rozcieńczyć roztwór 10 razy dodecylosiarczanem sodu (10 mM) w celu zakończenia reakcji. Niebieski kolor roztworu staje się mniej intensywny po rozcieńczeniu.

2. Synteza nanocząstek metali w kapsułkach PSPAA (monomerów)

Uwaga: Poniżej podane są dokładne ilości, aby uzyskać dokładny stosunek końcowej mieszaniny DMF / rozpuszczalnika wodnego. Ponieważ objętość pozostałości po odwirowaniu i ekstrakcji supernatantu jest zawsze inna, należy z grubsza zmierzyć objętość pozostałości za pomocą pipety, a następnie skompensować tę objętość podczas dodawania DMF/wody w celu uzyskania końcowych roztworów. Niewielkie różnice w proporcjach rozpuszczalników zwykle nie stanowią problemu.

  1. Enkapsulacja AuNPs (dAu= 16 nm, 32 nm) za pomocą PSPAA (AuNP@PSPAA)
    1. Oczyszczanie roztworu AuNP. Dodać 3 ml zsyntetyzowanego roztworu AuNP (etap 1.1) do dwóch probówek do mikrowirówek (po 1,5 ml każda), odwirować przy 16 000 x g przez 15 minut i usunąć supernatant. Rozcieńczyć stężony roztwór (~20 μl) 160 μl wody DI.
    2. Przygotować roztwór podstawowy PSPAA, rozpuszczając 8 mg PSPAA (PS 154-b-PAA 49 lub PS144-b-PAA 22) w 1 ml DMF.
    3. Przygotować roztwór PSPAA, mieszając 740 μl DMF z 80 μl roztworu podstawowego PS154-b-PAA 49. Do hermetyzacji AuNPs w powłokach PS144-b-PAA 22 należy użyć 80 μl roztworu podstawowego PS144-b-PAA 22.
    4. W szklanej fiolce dodać AuNPs (~180 μl roztworu, krok 2.1.1) do 820 μl roztworu PSPAA (krok 2.1.3). Końcowa mieszanina ma objętość 1 ml przy VDMF/VH2O = 4,5:1.
    5. Dodać 40 μl roztworu 1,2-dipalmitoilo-sn-glicero-3-fosfotioetanolu (P-SH) w etanolu (2 mg/ml).
    6. Inkubować mieszaninę w temperaturze 110 °C przez 2 godziny, aby umożliwić samoorganizację polimeru.
    7. Powoli schłodzić roztwór do temperatury rynkowej w kąpieli olejowej. Próbka może być przechowywana w tym stanie przez tygodnie.
    8. Potwierdź tworzenie AuNP@PSPAA za pomocą TEM.
      1. Aby przygotować próbkę TEM, należy zagęścić AuNP@PSPAA, przenosząc 200 μl zsyntetyzowanego roztworu do probówki mikrowirówkowej, dodać 1,3 ml wody demineralizowanej i odwirować ją przy 16 000 x g przez 15 minut.
      2. Zmieszać 5 μl podwielokrotności stężonego roztworu próbki z 5 μl 1% roztworu barwienia molibdenianem amonu (Uwaga: barwienie stosuje się do próbek zawierających PSPAA w celu poprawy kontrastu polimerów) i upuścić mieszaninę na miedzianą siatkę TEM. Odchodić nadmiar cieczy za pomocą bibuły filtracyjnej i wysuszyć miedzianą siatkę na powietrzu.
  2. Hermetyzacja AuNR za pomocą PSPAA (AuNR@PS154-b-PAA 49)
    1. Zsyntetyzowany roztwór AuNR należy oczyścić dwukrotnie (krok 1.2) w celu usunięcia nadmiaru CTAB. Dodać 3 ml roztworu AuNR do dwóch probówek do mikrowirówek, a następnie odwirować je w sile 8 100 x g przez 15 minut. Po usunięciu supernatantu dodać 1,5 ml wody demineralizowanej i ponownie odwirować w celu usunięcia supernatantu.
    2. Połączyć stężone roztwory AuNR i dodać 160 μl wody DI.
    3. W szklanej fiolce dodać roztwór AuNR (~180 μl) do 820 μl roztworu PS154-b-PAA 49 (krok 2.1.3). Końcowa mieszanina ma objętość 1 ml przy VDMF/VH2O = 4,5:1.
    4. Dodać do mieszaniny 40 μl roztworu 2-naftalenotiolu (NpSH) w etanolu (2 mg/ml).
    5. Inkubować mieszaninę w temperaturze 110 °C przez 2 godziny, aby umożliwić samoorganizację polimeru.
    6. Powoli schłodzić roztwór do temperatury pokojowej.
  3. Hermetyzacja TeNW za pomocą PSPAA (TeNW@PS154-b-PAA 49)
    1. Oczyść zsyntetyzowane TeNW (krok 1.3), aby usunąć nadmiar SDS. Dodać 3 ml roztworu TeNW do dwóch probówek do mikrowirówek i odwirować je przy 2 900 x g przez 10 minut. Po usunięciu supernatantu dodać 1,5 ml etanolu i ponownie odwirować probówki. Powtórz ten proces oczyszczania jeszcze raz (łącznie 3 rundy wirowania).
    2. Połącz stężone roztwory TeNW i dodaj 160 μl wody DI.
    3. Dodać roztwór TeNWs (~180 μl) do 820 μl roztworu PS 154-b-PAA 49 (krok 2.1.3). Końcowa mieszanina ma objętość 1 ml przy VDMF/VH2O = 4,5:1.
    4. Inkubować mieszaninę w temperaturze 110 °C przez 2 godziny.
    5. Powoli schłodzić roztwór do temperatury pokojowej.
  4. Enkapsulacja nanorurek węglowych (CNT) za pomocą PSPAA (CNT@PS154-b-PAA 49)
    1. Zmieszać 730 μl DMF z 80 μl roztworu podstawowego PS154-b-PAA 49 (krok 2.1.2).
    2. Rozproszyć około 0,05 mg jednościennych nanorurek węglowych w roztworze PS154-b-PAA 49.
      Uwaga: Trudno jest zmierzyć niewielką wagę nanorurek węglowych; Zwykle waży się 0,2 mg CNT i dodaje około 1/4 próbki (według szacowanej objętości).
    3. Sonikować mieszaninę w lodowatej kąpieli wodnej, aż stanie się przezroczystym, ciemnym roztworem. Użyć klarownego roztworu i wyrzucić nierozpuszczalne pozostałości CNT.
    4. Do roztworu dodawać kroplami 180 μl DIH 2O. Końcowa mieszanina ma objętość 990 μl przy VDMF/VH2O = 4,5:1.
    5. Sonikować roztwór w temperaturze około 50 °C przez 2 godziny.
    6. Powoli schłodzić roztwór do temperatury pokojowej.
  5. Przygotować kuliste micele PS 154-b-PAA 49.
    1. Dodać 80 μl roztworu podstawowego PS154-b-PAA 49 (Krok 2.1.1) do 740 μl DMF, następnie dodać 180 μl wody, tworząc roztwór VDMF/VH2O = 4,5:1.
    2. Inkubować roztwór polimeru w temperaturze 110 °C przez 2 godziny.
    3. Powoli schłodzić roztwór do temperatury pokojowej.

3. Homopolimeryzacja nanocząstek metalowych w kapsułkach PSPAA

  1. Synteza łańcuchów jednoliniowych z AuNP@PSPAA
    1. Oczyść AuNP@PSPAA.
      1. Rozcieńczyć 800 μl zsyntetyzowanego AuNP@PSPAA (sekcja 2.1) w 11,2 ml wody, podzielić roztwór na pojedyncze probówki do mikrowirówek (po 1,5 ml każda) i odwirować je przy 16 000 x g przez 30 min. Przeprowadzić dwie oddzielne reakcje, używając 16 nm AuNP zamkniętych w PS154-b-PAA 49 i 32 nm AuNP zamkniętych w PS144-b-PAA 22 jako monomerów.
      2. Usunąć i wyrzucić supernatant, dodać 1,5 ml 0,1 mM NaOH (pH = 10) do każdej probówki i ponownie odwirować przy 16 000 x g przez 30 minut w celu usunięcia supernatantu.
        Uwaga: pH NaOH używanego do wirowania w procesie oczyszczania nie powinno być zbyt wysokie. Wyższe pH doprowadziłoby do agregacji podczas wirowania, a zasada pozostałości obejmowałaby działanie kwasu na etapie wzrostu łańcucha, prowadząc do powstania agregatów kulistych.
    2. Zawiesić zagęszczony AuNP@PSPAA (połączyć wszystkie probówki) w 1 ml DMF/H2O (VDMF/VH2O = 6:1) w szklanej fiolce i dodać 5 μl 1 M HCl.
      Uwaga: Ważne jest, aby kontrolować pozostałości NaOH i utratę AuNP@PSPAA w poprzednich etapach, tak aby ilość HCl wymagana w procesie montażu była spójna dla różnych partii. Zwirować mieszaninę reakcyjną przed inkubacją, aby zapewnić całkowite wymieszanie składników.
    3. Mieszaninę inkubować w temperaturze 60 °C przez 2 godziny, aby umożliwić agregację, koalescencję i morfologiczną transformację nanocząstek rdzeń-powłoka.
    4. Schłodzić mieszaninę do RT.
    5. W celu homopolimeryzacji AuNR@PS154-b-PAA 49 i TeNW@PS 154-b-PAA 49 należy postępować zgodnie z tymi samymi procedurami, w tym procesami oczyszczania.
      Uwaga: W eksperymentach plastikowe probówki do mikrowirówek są zwykle używane do oczyszczania i wirowania, a szklane fiolki są używane do reakcji w podwyższonej temperaturze. Nanocząstki pokryte PSPAA są zwykle stabilne w roztworach, z wyjątkiem tego, że po zdyspergowaniu w roztworze o wysokiej zawartości DMF w probówkach do mikrowirówek przyklejają się do powierzchni tworzywa sztucznego. Aby uniknąć takiej sytuacji, roztwory nanocząstek o wysokiej zawartości DMF są przygotowywane tylko w szklanych fiolkach.
  2. Synteza łańcuchów dwuliniowych z AuNP@PSPAA
    1. Oczyść AuNP@PSPAA (wykonując krok 3.1.1). Przetestowano tylko AuNP 16 nm zamknięte w powłokach PS 154-b-PAA 49.
    2. Zawiesić zagęszczony AuNP@PSPAA w 1 ml DMF/H2O (VDMF/VH2O = 7:3) w szklanej fiolce i dodać 5 μl 1 M HCl.
    3. Inkubować mieszaninę w temperaturze 60 °C przez 2 godziny.
    4. Schłodzić mieszaninę do RT.
  3. Oczyszczanie łańcuchów nanocząstek
    Uwaga: Zsyntetyzowane roztwory zawierają łańcuchy nanocząstek, małe łańcuchy/klastry, duże aglomery, monomery AuNP@PSPAA, puste micele PSPAA, DMF i nadmiar kwasu.
    1. Usuń puste micele PSPAA, DMF i kwas.
      1. Rozcieńczyć 800 μl zsyntetyzowanego roztworu w 11,2 ml 0,1 mM NaOH, podzielić roztwór na pojedyncze probówki do mikrowirówek (po 1,5 ml każda) i odwirować je przy 16 000 x g przez 30 min.
      2. Dodać 1,5 ml 0,1 mM NaOH w celu rozcieńczenia stężonych roztworów i ponownie odwirować probówki przy 16 000 x g przez 30 minut. Powtórzyć ten krok jeszcze raz.
    2. Wzbogać łańcuchy AuNPs
      Uwaga: Oczyszczony roztwór zawiera produkt w postaci łańcuchów nanocząstek, małych łańcuchów/klastrów i AuNP@PSPAA monomerów. Oddzielono je przez wirowanie różnicowe.
      1. Odwirować probówkę o masie 300 x g przez 25 minut w celu wyizolowania i usunięcia dużych aglomeratów.
      2. Zebrać sklarowany osad i odwirować go przy stężeniu 2 000 x g przez 30 minut. Usunąć supernatant zawierający głównie monomery i małe łańcuchy/klastry.
      3. Zebrać dolny roztwór, rozcieńczyć go w 1,5 ml 0,1 mM NaOH i odwirować przy 2 000 x g przez 20 minut w celu usunięcia nadmiaru monomerów. Powtórz proces jeszcze raz.
        Uwaga: pH NaOH stosowanego w wirowaniu w procesie oczyszczania nie powinno być zbyt wysokie. Wyższe pH doprowadziłoby do agregacji podczas wirowania, powodując tworzenie się agregatów kulistych.
  4. Transformacja jednoliniowych łańcuchów nanocząstek w łańcuchy dwu-/trzyliniowe
    1. Oczyść łańcuchy jednoliniowe (krok 3.3.1, bez etapu wzbogacania).
    2. Zagęścić 800 μl oczyszczonego roztworu do ~20 μl przez odwirowanie.
    3. Aby przekształcić się w łańcuchy dwuliniowe, należy zdyspergować roztwór w 1 ml rozpuszczalnika mieszaniny DMF/H2O (VDMF/VH2O = 7:3) i dodać 2,5 μl 1 M HCl, [HCl]final = 2,5 mM. Aby przekształcić się w łańcuchy trójliniowe, użyj 1 ml DMF/H2O (VDMF/VH2O = 3:2) i 2,5 mM [HCl]final.
    4. Inkubować roztwór w temperaturze 70 °C przez 1 godzinę, aby umożliwić przemianę nanostruktur.
    5. Powoli schłodzić roztwór do temperatury pokojowej.

4. Kopolimeryzacja nanocząstek metalu w kapsułkach PSPAA

  1. Losowa kopolimeryzacja 16 nm AuNP@PS154-b-PAA 49 i 32 nm AuNP@PS144-b-PAA 22. Proces jest bardzo podobny do kroku 3.1, z tą różnicą, że używane są dwa monomery.
    1. Oczyść oba typy zsyntetyzowanego AuNP@PSPAA oddzielnie (Krok 3.1.1).
    2. Stężone 16 nm AuNP@PS154-b-PAA 49 i 32 nm AuNP@PS 144-b-PAA 22 w stosunku 1:1 rozpuścić w 1 ml mieszaniny DMF/H2O (VDMF/VH2O = 6:1).
    3. Dodać 5 μl z 1 M HCl, [HCl]final = 5 mM.
    4. Inkubować roztwór w temperaturze 60 °C przez 2 godziny, aby umożliwić współskładanie nanocząstek.
    5. Schłodzić roztwór do RT.
  2. Losowa kopolimeryzacja 16 nm AuNP@PS154-b-PAA 49 i AuNR@PS154-b-PAA 49
    1. Oczyść AuNP@ PS154-b-PAA 49 i AuNR@ PS154-b-PAA 49 oddzielnie (krok 3.1.1).
    2. Rozproszyć AuNP@PS154-b-PAA 49 i AuNR@PS154-b-PAA 49 w stosunku 1:1 do 1 ml mieszaniny DMF/H2O (VDMF/VH2O = 6:1).
    3. Dodać 5 μl z 1 M HCl, [HCl]final = 5 mM.
    4. Inkubować roztwór w temperaturze 60 °C przez 2 godziny, aby umożliwić współskładanie nanocząstek.
    5. Schłodzić roztwór do RT.
  3. Losowa kopolimeryzacja miceli 16 nm AuNP@PS154-b-PAA 49 i PS154-b-PAA 49
    1. Oczyszczanie 16 nm AuNP@PS 154-b-PAA 49 (etap 3.1.1).
    2. Dodać skoncentrowany AuNP@PS154-b-PAA 49 i 60 μl sferycznych miceli PS154-b-PAA 49 (etap 2.5) do 940 ml DMF/H2O. W roztworze końcowym VDMF/VH2O = 6:1.
    3. Dodać 5 μl z 1 M HCl, [HCl]final = 5 mM.
    4. Inkubować roztwór w temperaturze 60 °C przez 1,5 godziny.
    5. Schłodzić roztwór do RT.
  4. Losowa kopolimeryzacja pęcherzyków AuNP@PS154-b-PAA 49 i PS154-b-PAA 49
    1. Postępuj zgodnie z tymi samymi procedurami, co w kroku 4.3.1-4.3.3.
    2. Inkubować roztwór w temperaturze 60 °C przez 6 godzin, aby umożliwić przekształcenie kształtu cylindrów PSPAA w pęcherzyki.
    3. Schłodzić roztwór do RT.
  5. Kopolimeryzacja blokowa TeNW z AuNP
    1. Oczyść 16 nm AuNP@PS154-b-PAA 49 i TeNW@PS154-b-PAA 49 (krok 3.1.1)
    2. Zawiesić zagęszczony TeNW@PS154-b-PAA 49 w 1 ml mieszaniny DMF/H2O (VDMF/VH2O = 6:1)
    3. Dodać 2 μl z 1 M HCl.
    4. Inkubować mieszaninę w temperaturze 60 °C przez 20 minut.
    5. Dodać skoncentrowany 16 nm AuNP@PS154-b-PAA 49 i 3 μl 1 M HCl.
    6. Inkubować mieszaninę w temperaturze 60 °C przez 2 godziny.
    7. Schłodzić roztwór do RT.
    8. W przypadku kopolimeryzacji blokowej CNT z AuNPs, postępuj zgodnie z tymi samymi procedurami, co w kroku 4.5.1-4.5.7, stosując CNT@PS154-b-PAA 49 (krok 2.4).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Monomery i łańcuchy nanocząstek charakteryzuje się za pomocą TEM. Rysunek 1 przedstawia reprezentatywne obrazy TEM enkapsulowanych monomerów PSPAA, potwierdzając ich morfologię i rozmiary (Rysunek 1). Ponieważ po „polimeryzacji” w próbce zazwyczaj pozostają niektóre monomery, przed analizą TEM próbkę zwykle oczyszcza się i zagęszcza. Podczas przygotowania próbek do TEM zastosowano barwienie poprzez zmieszanie roztworu próbki z 1% molibdanem amonu, aby zapewnić wyraźny kontrast otoczki po...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Szczegóły mechanistyczne syntez zostały przedstawione i omówione w poprzednich publikacjach. 20,21 W tym miejscu skupimy się na przesłankach warunków syntetycznych. Do polimeryzacji nanocząstek preferowane jest stosowanie nanocząstek o jednolitej wielkości. Postępujemy zgodnie z procedurami literaturowymi, aby uzyskać jednorodne nanocząstki Au, 23 nanopręty Au24 i nanodruty Te. 25 Ogólnie rzecz biorąc, lepszą jednorodność wielkości można uzyskać, gdy etapy zarodkowania i wzrost...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy dziękują NRF (CRP-4-2008-06), A*Star (SERC 112-120-2011) i MOE (RG14/13) Singapore za wsparcie finansowe.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Trójwodny chlorek złota(III), odczynnik ACS, ≥ 49,0% na bazie AuSigma-AldrichG4022HAuCl4
Cytrynian sodu dwuwodny, 99%Alfa AesarA12274
Borowodorek sodu, ≥ 99%Sigma-Aldrich71321,
, ≥ 98%Sigma-AldrichH5882
CTAB Azotan srebra, 99,9999% na bazie metali śladowychSigma-Aldrich204390
Kwas L-askorbinowy, BioXtra, ≥ 99,0%, krystalicznySigma-AldrichA5960
, ≥ 99% Sigma-Aldrich243450
Monohydrat hydrazyny, 64-65%, klasa odczynnika, 98%Sigma-Aldrich207942
Kwas poli(styreno-b-akrylowy) (PS154-PAA49)Źródło polimeruP4673A-SAAPS16000-PAA3500
Poli(styren-b-akrylowy) (PS144-PAA 28)ŹródłopolimeruP4002-SAAPS15000-PAA1600
2-naftalenotiol, ≥ 99,0% (GC)Sigma-Aldrich88910, Fluka
Dodecylosiarczan< sodu, 99%Alfa AesarA11183
, 99% ultra czystyNanoIntegrisPC10344a
Wodorotlenek soduSinopharmS1900136
1,2-dipalmitoilo-sn/em>-glicero-3-fosfotioetanol (sól sodowa)Avanti polarne lipidy870160PPSH
em>N,N-dimetyloformamidMerckSA4s640012
Etanol, absolutFischerE/0650DF/17
Kwas solny, 37%Dobrze 10189005 miodowyRozcieńczyć do 1  M przed użyciem
bromek heksadecylotrimetyloamoniowy Fluka dwutlenek telluru Jednościenne nanorurki węglowe <

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Anker, J. N. Biosensing with plasmonic nanosensors. Nat Mater. 7, 442-453 (2008).
  2. Maier, S. A. Plasmonics—A Route to Nanoscale Optical Devices. Adv. Mater. 13, 1501-1505 (2001).
  3. Zhu, Z. Manipulation of Collective Optical Activity in One-Dimensional Plasmonic Assembly. ACS Nano. 6, 2326-2332 (2012).
  4. Maier, S. A. Local detection of electromagnetic energy transport below the diffraction limit in metal nanoparticle plasmon waveguides. Nat. Mater. 2, 229-232 (2003).
  5. Gong, J., Li, G., Tang, Z. Self-assembly of noble metal nanocrystals: Fabrication, optical property, and application. Nano Today. 7, 564-585 (2012).
  6. Wei, Q. H., Su, K. H., Durant, S., Zhang, X. Plasmon Resonance of Finite One-Dimensional Au Nanoparticle Chains. Nano Lett. 4, 1067-1071 (2004).
  7. Warner, M. G., Hutchison, J. E. Linear assemblies of nanoparticles electrostatically organized on DNA scaffolds. Nat Mater. 2, 272-277 (2003).
  8. DeVries, G. A. Divalent Metal Nanoparticles. Science. 315, 358-361 (2007).
  9. Kim, B. Y., Shim, I. -B., Monti, O. L. A., Pyun, J. Magnetic self-assembly of gold nanoparticle chains using dipolar core-shell colloids. Chem. Commun. 47, 890-892 (2011).
  10. Wang, L. B., Xu, L. G., Kuang, H., Xu, C. L., Kotov, N. A. Dynamic Nanoparticle Assemblies. Acc. Chem. Res. 45, 1916-1926 (2012).
  11. Tang, Z., Kotov, N. A. One-Dimensional Assemblies of Nanoparticles: Preparation, Properties, and Promise. Adv. Mater. 17, 951-962 (2005).
  12. Keng, P. Y., Shim, I., Korth, B. D., Douglas, J. F., Pyun, J. Synthesis and Self-Assembly of Polymer-Coated Ferromagnetic Nanoparticles. ACS Nano. 1, 279-292 (2007).
  13. Shim, M., Guyot-Sionnest, P. Permanent dipole moment and charges in colloidal semiconductor quantum dots. J. Chem. Phys. 111, 6955-6964 (1999).
  14. Nakata, K., Hu, Y., Uzun, O., Bakr, O., Stellacci, F. Chains of Superparamagnetic Nanoparticles. Adv. Mater. 20, 4294-4299 (2008).
  15. Tang, Z., Kotov, N. A., Giersig, M. Spontaneous Organization of Single CdTe Nanoparticles into Luminescent Nanowires. Science. 297, 237-240 (2002).
  16. Zhang, H., Wang, D. Controlling the Growth of Charged-Nanoparticle Chains through Interparticle Electrostatic Repulsion. Angew. Chem. Int. Ed. 47, 3984-3987 (2008).
  17. Yang, M. Mechanistic investigation into the spontaneous linear assembly of gold nanospheres. Phys. Chem. Chem. Phys. 12, 11850-11860 (2010).
  18. Keng, P. Y. Colloidal Polymerization of Polymer-Coated Ferromagnetic Nanoparticles into Cobalt Oxide Nanowires. ACS Nano. 3, 3143-3157 (2009).
  19. Xia, H., Su, G., Wang, D. Size-Dependent Electrostatic Chain Growth of pH-Sensitive Hairy Nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 3726-3730 (2013).
  20. Wang, H. Unconventional Chain-Growth Mode in the Assembly of Colloidal Gold Nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. 51, 8021-8025 (2012).
  21. Wang, H. Homo- and Co-polymerization of Polysytrene-block-Poly(acrylic acid)-Coated Metal Nanoparticles. ACS Nano. 8, 8063-8073 (2014).
  22. Fred Hutchinson Cancer Research Center. Electron Microscopy Procedures Manual. , Available from: http://sharedresources.fhcrc.org/training/electron-microscopy-procedures-manual (1973).
  23. Fred, G. Controlled Nucleation for Regulation of Particle-size in Monodisperse Gold Suspensions. Nature-Phys. Sci. 241, 20-22 (1973).
  24. Gole, A., Murphy, C. J. Azide-Derivatized Gold Nanorods: Functional Materials for “Click” Chemistry. Langmuir. 24, 266-272 (2007).
  25. Lin, Z. -H., Yang, Z., Chang, H. -T. Preparation of Fluorescent Tellurium Nanowires at Room Temperature. Cryst. Growth Des. 8, 351-357 (2007).
  26. Xia, Y. N., Xiong, Y. J., Lim, B., Skrabalak, S. E. Shape-Controlled Synthesis of Metal Nanocrystals. Simple Chemistry Meets Complex Physics? Angew. Chem. Int. Ed. 48, 60-103 (2009).
  27. Chen, H. Y. Encapsulation of Single Small Gold Nanoparticles by Diblock Copolymers. ChemPhysChem. 9, 388-392 (2008).
  28. Kang, Y., Taton, T. A. Controlling Shell Thickness in Core−Shell Gold Nanoparticles via Surface-Templated Adsorption of Block Copolymer Surfactants. Macromolecules. 38, 6115-6121 (2005).
  29. Kang, Y., Taton, T. A. Core/Shell Gold Nanoparticles by Self-Assembly and Crosslinking of Micellar. Block-Copolymer Shells. Angew. Chem. Int. Ed. 44, 409-412 (2005).
  30. Chen, Y., Cui, H., Li, L., Tian, Z., Tang, Z. Controlling micro-phase separation in semi-crystalline/amorphous conjugated block copolymers. Polymer Chemistry. 5, 4441-4445 (2014).
  31. Bates, F. S. Polymer-Polymer Phase Behavior. Science. 251, 898-905 (1991).
  32. Zhang, L. F., Shen, H. W., Eisenberg, A. Phase separation behavior and crew-cut micelle formation of polystyrene-b-poly(acrylic acid) copolymers in solutions. Macromolecules. 30, 1001-1011 (1997).
  33. Yu, Y., Zhang, L., Eisenberg, A. Morphogenic Effect of Solvent on Crew-Cut Aggregates of Apmphiphilic Diblock Copolymers. Macromolecules. 31, 1144-1154 (1998).
  34. Liu, C. Toroidal Micelles of Polystyrene-block-Poly(acrylic acid). Small. 7, 2721-2726 (2011).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

blok polistyrenu i kwasu poliakrylowegoenkapsulacja nanocz stekhomopolimeryzacjatransmisyjna mikroskopia elektronowamonta indukowany kwasema cuchy nanocz steknanocz stki rdze pow okawirowanie r nicowesamomonta polimer w

Powiązane artykuły