Name: Technika funkcjonalizacji i samoorganizacji makroskopowych warstw monowarstwowych nanocząstek-ligand na podłożach bez szablonów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-09T19:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 9 s
Description: Naucz się funkcjonalizacji i samoorganizacji makroskopowych warstw monowarstwowych nanocząstek-ligand na podłożach bez szablonów. Ta metoda wykorzystuje gradienty napięcia powierzchniowego do transportu nanocząstek.

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

Prace te zostały wsparte funduszami z Biura Badań Marynarki Wojennej. J. Fontana dziękuje Narodowej Radzie ds. Badań Naukowych za stypendium podoktorskie.

1. Samoorganizujące się monowarstwy nanocząstek ligandu
Jako ilustracyjny przykład techniki samoorganizacji, makroskopowe, monowarstwowe folie nanosfery złota pokryte tiolowo-alkanami są produkowane w następujący sposób:
<ol>
	<li>Skoncentrować w wodzie nanosfery złota o długości 15 nm (dostępne w handlu o gęstości liczbowej: 1012 cząstek/ml) do ~1013 cząstek/ml.
	<ol>
		<li>Umieścić 15 ml rozcieńczonej zawiesiny wodnej nanosfery w ultrafiltrze odśrodkowym (limit nominalnej masy cząsteczkowej 100 K).</li>
		<li>Odwirować filtr/fiolkę przy sile 4 500 x g przez 2 minuty lub do momentu, gdy w komorze filtra pozostanie tylko kilka ml.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ponownie zawiesić nanosferę w około 1 ml wody dejonizowanej (DI) tak, aby stężenie nanocząstek wynosiło10-13 cząstek/ml. Zawiesina jest stabilna przez kilka godzin po ponownym zawieszeniu w wodzie demineralizowanej.
	<ol>
		<li>Sprawdź gęstość liczbową i upewnij się, że nanocząstki nie uległy agregacji. Rozcieńczyć stężoną zawiesinę nanocząstek w stosunku 1:10 z powrotem do pierwotnego stężenia, umieszczając 0,150 ml zawiesiny w kuwecie (1 cm długości ścieżki), a następnie dodać 1,35 ml wody demineralizowanej.</li>
		<li>Umieść kuwetę w spektrometrze i zmierz widmo absorbancji zawiesiny i oryginalnej zawiesiny. Porównaj położenie piku i pełną szerokość w połowie maksimum, aby upewnić się, że agregacja nie nastąpiła. Wielkość pików absorbancji dla obu próbek powinna być w przybliżeniu taka sama, zapewniając w ten sposób gęstość zagęszczonej próbki o współczynnik 10.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Do oddzielnej, czystej fiolki o pojemności 20 ml ze szkła borokrzemianowego dodać 1 ml tetrahydrofuranu (THF).</li>
	<li>Dodać ligandy tiolowo-alkanowe (np. 5 ml 1,6-heksanodiolu i 5 ml 1-dodekanetiolu) do THF i wstrząsnąć roztworem do równomiernego wymieszania. Należy dodać wystarczającą ilość liganda, aby pokryć co najmniej całą powierzchnię zawieszonych nanocząstek. Nadmiar liganda zwiększa szybkość i efektywność reakcji.</li>
	<li>W dygestorium wlać zawartość fiolki zawierającej złote nanosfery do fiolki z ligandami THF.</li>
	<li>Szybko zakręcić pokrywkę i energicznie wstrząsać fiolką przez 15 sekund.</li>
	<li>Zdjąć pokrywkę i umieścić fiolkę w okapie wyciągowym, Rysunek 1(a). W zależności od użytych ligandów, domeny warstw nanocząstek złota szybko tworzą się na granicy faz powietrze-ciecz, rysunek 1(c). Następnie folie zaczną przesuwać się w górę boków fiolki, Rysunek 1(d). Prawie wszystkie nanocząstki są pokrywane tiol-ligandem, usuwane z zawiesiny i transportowane na boki fiolki w ciągu 1 godziny, Rysunek 1(e).</li>
</ol>
2. Przenoszenie monowarstw na usuwalne podłoża
<ol>
	<li>Aby przenieść folie na zdejmowane podłoża szklane i krzemowe: przyciąć podłoża na powierzchnię 12,5 mm x 25,4 mm za pomocą pisaka/koła do trasowania.
	<ol>
		<li>Podłoża szklane: oczyść za pomocą płukania acetonem, następnie spłukiwania alkoholem izopropylowym, a na koniec płukania wodą DI. Pozostawić podłoża do wyschnięcia, przejść do sekcji 2.2.</li>
		<li>Podłoża wafli krzemowych: w dygestorii przygotuj roztwór piranii (3 części stężonego kwasu siarkowego na 1 część 30% nadtlenku wodoru, UWAGA: utleniacz,). Umieścić 15 ml kwasu siarkowego w 20 ml fiolce ze szkła borokrzemianowego. Do tego powoli dodaj 5 ml 30% nadtlenku wodoru. Nie zamykać fiolki. Zachowaj ostrożność; Mieszanina jest silnie egzotermiczna. Więcej informacji dotyczących bezpieczeństwa można znaleźć w odnośniku19.</li>
		<li>Ostrożnie zanurz podłoża waflowe krzemowe w roztworze piranii na 30 minut, usuń, spłucz wodą demineralizowaną i osusz azotem.</li>
		<li>Jako opcjonalny krok, fiolka używana do wymiany ligandów nanocząstek i samoorganizacji może być zasolona, aby wymusić wszystkie nanocząstki na szklanym podłożu lub płytce krzemowej zamiast na ścianki szklanej fiolki, w przeciwnym razie przejdź do sekcji 2.2.</li>
		<li>Napełnić szklaną fiolkę roztworem piranii (UWAGA: utleniacz, substancja), patrz punkt 2.1.2.</li>
		<li>Pozostawić fiolkę do namoczenia przez 30 minut. Po 30 minutach wypłukać fiolkę wodą demineralizowaną.</li>
		<li>Napełnić fiolkę 1% v/v heksametylodyzilazanu w acetonie i kapsle.</li>
		<li>Pozostawić szczelnie zamkniętą fiolkę do namoczenia przez 24 godziny, następnie spłukać wodą demineralizowaną i osuszyć azotem.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przed wstrząśnięciem (ppkt 1.6) umieścić substrat w fiolce. Przykręć pokrywkę i wstrząśnij.</li>
	<li>Po wstrząśnięciu zdjąć pokrywkę i za pomocą pęsety przyłożyć podłoże prawie pionowo do ścianki fiolki.</li>
	<li>Za pomocą pipety nałożyć mieszaninę reakcyjną na podłoże. Reakcja zatrzymuje się, gdy cały rozpuszczalnik organiczny odparuje lub wszystkie nanocząstki zostaną usunięte z zawiesiny.</li>
</ol>
3. Analiza jednowarstwowa
<ol>
	<li>Szybko oszacuj wydajność pakowania nanosfer w monowarstwie, obserwując właściwości transmisyjne i odblaskowe folii. Oświetl monowarstwę na podłożach szklanych od tyłu źródłem światła białego. W przypadku źródła światła białego należy obserwować jednolitą kolorową warstwę dla jednowarstwowych warstw nanocząstek o dużej gęstości w transmisji i odbicia podobnego do złota obserwowanego w odbiciu, Rysunek 2.</li>
	<li>Użyć spektrometru (patrz sekcja 1.2.2) w celu ilościowego określenia makroskopowego widma absorbancji z monowarstw, rysunek 4. Znormalizuj widmo absorbancji za pomocą czystego szkiełka podstawowego. Zamontuj folię jednowarstwową na szklanym podłożu na ścieżce wiązki spektrometru i zbierz widmo absorbancji. 
	Uwaga: Pik absorbancji powinien być znacznie przesunięty ku czerwieni o kilkaset nanometrów w zależności od użytego liganda. Współczynnik jakości piku absorbancji powinien być porównywalny z wartością rozcieńczonej zawiesiny, ale tylko nieznacznie rozszerzony (rysunek 4). Jeśli pik absorbancji jest bardzo szeroki lub nie jest dobrze zdefiniowany, oznacza to, że folie jednowarstwowe są prawdopodobnie złej jakości, należy przejść do sekcji 3.3 w celu dalszej charakterystyki.</li>
	<li>Zbadaj nanoskopową organizację nanosfer za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) monowarstw przeniesionych na podłoża płytek krzemowych (patrz sekcja 2.1.2), jak pokazano na rysunku 3. Jeśli folie znajdują się na podłożach szklanych, podłącz taśmę przewodzącą do jednego rogu folii i uziemij ją do cokołu SEM, aby zapobiec ładowaniu i umożliwić obrazowanie.</li>
</ol>
4. Efektywna technika transferu faz dla organicznych rozpuszczalnych nanocząstek
<ol>
	<li>Aby wykorzystać tę technikę jako skuteczny sposób funkcjonalizacji nanocząstek za pomocą ligandów tiolowych, należy zdekantować pozostały roztwór z dna fiolki po zakończeniu reakcji, sekcja 1.7, i wysuszyć materiał w fiolce pod azotem.</li>
	<li>Dodać rozpuszczalnik organiczny (np. chloroform, toluen), aby ponownie zawiesić nanocząstki z prawie 100% przeniesieniem fazowym i odzyskiem cząstek.</li>
	<li>Powtórzyć ppkt 1.2.1, aby upewnić się, że nanocząstki nie uległy agregacji po ponownym zawieszeniu w rozpuszczalniku organicznym. Jeśli pik absorbancji jest płaski w stosunku do oryginalnej zawiesiny, należy poddać próbkę sonikacji przez 15 minut, aby pomóc w redyspersji nanocząstek, rysunek 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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Protokół ten opisuje pojedynczą technikę samoorganizacji "jednogarnkowej" do tworzenia makroskopowych warstw monowarstwowych nanocząstek-ligand przy użyciu transferu fazowego, separacji faz i gradientów napięcia powierzchniowego. Zaletą tej techniki jest to, że łączy ona trzy procesy samoorganizacji w jeden, tani proces; poprzez szybkie i wydajne przenoszenie fazowe nanocząstek, łączenie cząstek w monowarstwy na granicy faz powietrze-płyn i transport folii jednowarstwowych na podłoża bez szablonów.
<p class="jove_con...

Samoorganizacja makroskopowych warstw nanocząstek przyciągnęła dużą uwagę ze względu na ich unikalne właściwości określone na podstawie geometrii i składu pierwiastków5 i może prowadzić do szerokiego zakresu zastosowań optycznych, elektronicznych i chemicznych6-14. Aby samodzielnie zorganizować takie folie, metaliczne nanocząstki pokryte ligandami muszą być upakowane w monowarstwy o dużej gęstości. Należy jednak rozwiązać kilka problemów związanych z montażem, aby przyspieszyć rozwój takich materiałów.
Po pierwsze, nanocząstki metaliczne stabilizowane środkami powierzchniowo czynnymi są zazwyczaj syntetyzowane metodami mokrej chemii w rozcieńczonych zawiesinach15. Aby zapobiec agregacji i kontrolować odstępy między cząstkami nanocząstek w foliach, nanocząstki muszą być pokryte otoczkami ligandów. Po funkcjonalizacji nanocząstek ligandami, nanocząstki zazwyczaj pozostają w stosunkowo rozcieńczonych zawiesinach. Następnie potrzebna jest technika samoorganizacji nanocząstek w makroskopowe, jednowarstwowe folie o dużej gęstości16,17.
Cheng et al.18-fazowe nanopręty złota przenoszone za pomocą tiolowanego polistyrenu w zawiesinie wodno-tetrahydrofuranowej. Nanopręty były następnie ponownie zawieszane w chloroformie, a kropla była umieszczana na granicy faz powietrze-woda i powoli odparowywała, tworząc jednowarstwowe warstwy. Bigioni i wsp.W ramach projektu 17 stworzono makroskopowe monowarstwy nanosfer złota pokrytych dodekanetiolem przy użyciu nadmiaru ligandu i szybkiego odparowania rozpuszczalnika, ale nanosfery musiały zostać przeniesione fazowo przed samoorganizacją. 
Po uformowaniu jednowarstwowych folii, zazwyczaj muszą one zostać przetransportowane na podłoże. Mayya et al.3 nanosfery uwięziono na granicy faz woda-toluen i przeniesiono je na podłoża bez matrycy za pomocą gradientów napięcia powierzchniowego. Podobnie Johnson i wsp.4 zawieszone nanosfery srebra w nadmiarze ligandu, a następnie translowały nanocząstki w górę ścianek fiolki za pomocą gradientów napięcia powierzchniowego z dwóch niemieszających się płynów. Chociaż istnieją techniki montażu, które pozwalają rozwiązać każdy z tych problemów, potrzebne są bardziej wydajne techniki, aby pomóc w rozwoju produkcji folii nanocząsteczkowych na dużą skalę.
Tutaj demonstrujemy prostą i solidną technikę, która łączy trzy opisane powyżej problemy związane z samodzielnym montażem w jedną technikę 'jednogarnkową', pokazaną na rysunku 1. Mieszalny z wodą rozpuszczalnik organiczny (np. tetrahydrofuran, sultlenek dimeythlu) służy najpierw do szybkiego i skutecznego funkcjonalizowania ligandów tiolowych (np. tiol-alkanu, tiolu-enu, tiol-fenolu) na nanocząstkach (np. nanosferach złota, nanoprętach itp.). Mieszanina następnie napędza samoorganizację nanocząstek w makroskopowe, jednowarstwowe warstwy o dużej gęstości na granicy faz powietrze-płyn za pomocą separacji faz. Wreszcie, jednowarstwowe warstwy nanocząstek tworzą się na podłożach bez szablonów przy użyciu gradientów napięcia powierzchniowego z mieszaniny woda/rozpuszczalnik organiczny, rysunek 2 i rysunek 3.

<table><tbody><tr><td>1,6-heksanodiol</td><td>Sigma</td><td>H12005-5G</td><td></td></tr><tr><td>1-dodekanetiol</td><td>Sigma</td><td>471364-100ML</td><td></td></tr><tr><td>20 ml fiolki do płynnego scyntylacji</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>Filtr odśrodkowy Amicon ultra-15</td><td>Wirówka Millipore</td><td>100K</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Sorvall</td><td>Wirówka RC5B</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Eppendorf</td><td>5810R</td><td></td></tr><tr><td>Woda dejonizowana</td><td>Nie</td><td>dotyczy</td><td></td></tr><tr><td>Szkiełka szklane</td><td>Sigma</td><td>CLS294875X25-72EA</td><td></td></tr><tr><td>15 nm złote nanosfery</td><td>Ted Pella, Inc</td><td>15703-1</td><td></td></tr><tr><td>Heksametylodilosilazan</td><td>Sigma</td><td>52619-50ML</td><td></td></tr><tr><td>Nadtlenek wodoru (30%)</td><td>Sigma</td><td>216763-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy</td><td>Carl Zeiss</td><td>Model 55</td><td></td></tr><tr><td>Polerowana wafel krzemowy</td> Spektrometr <td>Sun Edison</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td></td><td>OceanOptics</td><td>USB4000-VIS-NIR</td><td></td></tr><tr><td>Kwas siarkowy</td><td>Fisher</td><td>A300-212</td><td></td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran</td><td>Sigma</td><td>401757-100ML</td><td></td></tr></tbody></table>

technika funkcjonalizacji i samoorganizacji makroskopowych warstw monowarstwowych nanocząstek-ligand na podłożach bez szablonów

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

Ten protokół opisuje technikę samoorganizacji do tworzenia makroskopowych warstw monowarstwowych składających się z nanocząstek pokrytych ligandem 1,2. Prosta, solidna i skalowalna technika skutecznie funkcjonalizuje nanocząstki metaliczne za pomocą ligandów tiolowych w mieszalnej mieszaninie wody i rozpuszczalnika organicznego, co pozwala na szybkie szczepienie grup tiolowych na powierzchni nanocząstek złota. Hydrofobowe ligandy na nanocząstkach następnie szybko oddzielają nanocząstki od zawiesiny na bazie wody i ograniczają je do granicy faz powietrze-płyn. To powoduje, że nanocząstki pokryte ligandem tworzą domeny jednowarstwowe na granicy faz powietrze-płyn. Zastosowanie mieszalnych z wodą rozpuszczalników organicznych jest ważne, ponieważ umożliwia transport nanocząstek z granicy faz na podłoża bez matrycy. W przepływie pośredniczy gradient napięcia powierzchniowego 3,4 i tworzy makroskopowe, monowarstwowe warstwy nanocząstkowo-ligandowe o dużej gęstości. Ta technika samoorganizacji może być uogólniona tak, aby obejmowała wykorzystanie cząstek o różnym składzie, rozmiarze i kształcie, i może prowadzić do wydajnej metody montażu w celu wytworzenia tanich, makroskopowych, o dużej gęstości, jednowarstwowych folii nanocząstek do szeroko rozpowszechnionych zastosowań.

Rysunek 1(a) przedstawia zawiesinę nanokulek złota, ligandów tiolowo-alkanowych, tetrahydrofuranu i wody w szklanej fiolce bezpośrednio po zmieszaniu. Schemat trzech głównych etapów samorzutnej organizacji – transferu fazowego, rozdzielania faz oraz transportu filmu indukowanego gradientem napięcia powierzchniowego – pokazano na Rysunku 1(b) jako powiększony widok na granicy faz powietrze-ciecz przy ściance fiolki.
Grupy tiolowe w ligandach szybko wiążą się z ...

Prosta, solidna i skalowalna technika funkcjonalizacji i samodzielnego montażu makroskopowych warstw nanocząstek-ligandów na podłożach bez szablonów jest opisana w tym protokole.

Technika funkcjonalizacji i samoorganizacji makroskopowych warstw monowarstwowych nanocząstek-ligand na podłożach bez szablonów

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

Ogólnym celem tej procedury jest wytworzenie makroskopowych monowarstw z nanocząsteczek i ligandów. Jest to osiągane poprzez zastosowanie jednofazowej techniki samoorganizacji (one-pot). W pierwszej kolejności nanocząstki metaliczne są szybko funkcjonalizowane ligandami w rozpuszczalniku wodnym lub THF.Następnie nanocząstki z ligandami ulegają rozdziałowi fazowemu na granicy powietrze-rozpuszczalnik. W końcowym etapie nanocząstki są transportowane na podłoża wolne od matrycy za pomocą gradientów napięcia powierzchniowego, samoorganizując się w makroskopowe filmy z monowarstwy ligandów i nanocząstek. Ostatecznie procedura ta zapewnia prostą, niezawodną i skalowalną technikę funkcjonalizacji i samoorganizacji makroskopowych filmów z monowarstwy ligandów i nanocząstek na podłożach wolnych od matrycy.Główną zaletą tej techniki w porównaniu z innymi metodami montażu międzyfazowego jest szybka i wydajna funkcjonalizacja nanocząstek oraz ich samozespół w makroskopowe filmy monowarstwowe. Chociaż metoda ta może dostarczyć wglądu w organiczno-nieorganiczną granicę fazową na poziomie nanometrycznym, może być ona również stosowana w szerokim zakresie zastosowań, takich jak metamateriały, fotowoltaika i sensory molekularne. Aby rozpocząć, należy skoncentrować dostępne komercyjnie złote nanosfery o rozmiarze 15 nanometr, umieszczając 15 mililitrów rozcieńczonej zawiesiny nanosfer w wodzie w filtrze ultrawirowym.Następnie wiruj całość z prędkością 4 500 G przez dwie minuty lub do momentu, aż w komorze filtra pozostanie tylko kilka mikrolitrów. Resuspenduj nanosfery w 1,5 ml wody dejonizowanej (DI) w taki sposób, aby stężenie nanocząsteczek wynosiło około 10¹³ cząsteczek na ml. Zawiesina pozostaje stabilna przez kilka godzin.Po resuspensji w wodzie dejonizowanej, w celu zweryfikowania gęstości liczbowej i potwierdzenia, że nanocząstki nie uległy agregacji, należy najpierw pipetować 150 µL zawiesiny do kuwety. Następnie rozcieńczyć stężoną zawiesinę nanocząstek 1,35 ml wody dejonizowanej. W kolejnym kroku umieścić kuwetę w spektrometrze UV-Vis i zmierzyć widmo absorbancji przygotowanej zawiesiny, a także zawiesiny wyjściowej.Porównaj położenie piku oraz pełną szerokość połówkową (FWHM), aby upewnić się, że nie doszło do agregacji. Amplituda pików absorbancji dla obu próbek powinna być w przybliżeniu taka sama. Zapewnia to, że stężona próbka jest 10-krotnie gęstsza w oddzielnej, czystej fiolce borokrzemowej o pojemności 20 mililitrów w 1 mililitrze tetra hydro furanu.Następnie do THF należy dodać ligandy alkanotiolowe i wstrząsnąć. Roztwór musi zostać wymieszany wystarczająco jednolicie. Ligandy należy dodać w ilości zapewniającej pokrycie co najmniej całej powierzchni zawieszonych nanocząstek.Nadmiar ligandu zwiększa szybkość i wydajność reakcji w dygestorium. Przenieś 1 ml z fiolki zawierającej nanokule złota do fiolki z ligandami THF. Szybko zakręć pokrywkę i energicznie wstrząśnij fiolką przez 15 sekund.Zdejmij pokrywkę i odstaw fiolkę. W dygestorium, w zależności od ligandów, wykorzystane domeny nanocząsteczek złota szybko tworzą się na granicy faz powietrze-ciecz. Następnie filmy zaczynają przemieszczać się w górę ścianek fiolki.Prawie wszystkie nanocząstki zostały opatrzone ligandami tiolowymi, usunięte z zawiesiny i przeniesione na ścianki fiolek w ciągu godziny. Aby przenieść filmy na usuwalne podłoża szklane, należy dociąć podłoża do wymiarów 12,5 na 25,4 milimetra za pomocą rysika lub kółka do szkła, a następnie oczyścić podłoża, płucząc je acetonem, potem alkoholem izopropylowym, a na koniec wodą destylowaną.Przed dopuszczeniem do wyschnięcia podłoży, zapoznaj się z protokołem tekstowym dotyczącym przygotowania wafli krzemowych. Następnie włóż podłoże do wcześniej przygotowanej fiolki z nanosferami i ligandami. Zakręć pokrywkę i potrząśnij.Po wstrząśnięciu należy zdjąć pokrywkę za pomocą pęsety. Podstawkę należy ustawić niemal pionowo przy ściance fiolki. Następnie za pomocą pipety należy nanieść mieszaninę reakcyjną na podstawkę.Reakcję zatrzymuje się, gdy cały rozpuszczalnik organiczny wyparuje lub gdy wszystkie nanocząstki zostaną usunięte z zawiesiny. Efektywność upakowania nanosfer w monowarstwie należy oszacować, obserwując właściwości transmisyjne i refleksyjne filmu. Monowarstwę na podłożach szklanych należy oświetlić od tyłu białym źródłem światła.W przypadku monowarstw z nanocząsteczek o wysokiej gęstości, w świetle przechodzącym powinna być widoczna jednolita kolorowa warstwa, natomiast w świetle odbitym powinno wystąpić odbicie przypominające złoto. Następnie należy użyć spektrometru do ilościowego oznaczenia makroskopowego widma absorpcji monowarstw. Podobnie jak poprzednio, widmo absorpcji należy znormalizować względem czystego szkiełka przedmiotowego.Następnie zamocuj film monowarstwowy na podłożu szklanym w torze wiązki spektrometru i zarejestruj widmo absorpcyjne. Piki absorbancji powinny być znacząco przesunięte w stronę czerwieni o kilkaset nanometrów, w zależności od zastosowanego ligandu. Jeśli pik absorbancji jest bardzo szeroki lub słabo zdefiniowany, prawdopodobnie oznacza to niską jakość filmów monowarstwowych.Aby wykorzystać tę technikę jako efektywny sposób funkcjonalizacji nanocząsteczek ligandami tiolowymi, należy odlać pozostałość z dna fiolki. Po zakończeniu reakcji materiał w fiolce należy wysuszyć w strumieniu azotu.Dodaj rozpuszczalnik organiczny, aby resuspendować nanocząstki z niemal 100% przeniesieniem fazy cząsteczkowej i odzyskiem; upewnij się, że nanocząstki nie uległy agregacji po resuspensji w rozpuszczalniku organicznym. Jeśli pik absorbancji jest szeroki w stosunku do pierwotnej zawiesiny, poddaj próbkę sonikacji przez 15 minut, aby pomóc w redyspersji nanocząstek. Monowarstwa nanosfer złota o średnicy 15 nanometrów z cappingiem z alkanotiolu na podłożu szklanym częściowo odbija światło, co wskazuje na wysoką frakcję objętościową nanosfer, oraz transmituje światło, co demonstruje zachowanie jednolitości plazmonów i rezonansów. Przejrzystość optyczna i jednorodność przedstawione są tutaj na obrazach z fałszywym kolorowaniem wykonanych za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, obrazujących monowarstwę nanosfer złota o średnicy 15 nanometrów z cappingiem z alkanotiolu na podłożu z wafla krzemowego. Krawędź filmu wykazuje, że filmy są monowarstwami i że nanosfery upakowują się w domeny amorficzne w skalach mikroskopowych.W skalach nanometrycznych. Filmy zawierają domeny o gęstym upakowaniu heksagonalnym, co zostało wykazane przez transformatę Fouriera przedstawionego obrazu. Poniżej przedstawiono znormalizowaną eksperymentalną absorbancję z filmu monowarstwy składającej się z nanosfer złota o średnicy ok. 15 nanometra z tiolami na podłożu szklanym.Zawiesina 15 nanometrowych złotych nanokulek w wodzie, poddana transferowi fazowemu do chloroformu. Po opanowaniu tej techniki, przy prawidłowym wykonaniu, proces ten zajmuje mniej niż godzinę. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak efektywnie funkcjonalizować i samoorganizować metaliczne nanocząsteczki w mikroskopijne filmy monolityczne.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Technika funkcjonalizacji i samozbierania makroskopowych warstw monowarstwowych nanocząstek-ligandów na podłożach bez szablonu

Koloidy złota stabilizowane alkanotiolanami, znane jako klastry chronione monowarstwą (MPCs), są syntetyzowane, charakteryzowane i montowane w cienkie filmy służące jako interfejs adsorpcyjny dla elektrochemii monowarstw białkowych w przypadku prostych białek redoks, takich jak azuryna (AZ) z Pseudomonas aeruginosa oraz cytochrom c (cyt c).

Synteza, montaż i charakterystyka filmów z nanocząsteczek złota chronionych monowarstwą do elektrochemii monowarstw białek

Przedstawiono różne procedury przygotowania atomowo zdefiniowanych szablonów do epitaksjalnego wzrostu złożonych cienkich warstw tlenkowych. Przeprowadzono obróbkę chemiczną monokrystalicznych substratów SrTiO3 (001) i DyScO3 (110) w celu uzyskania atomowo gładkich, jednozakończonych powierzchni. Ca2 Nb3 O10- nanoarkusze wykorzystano do stworzenia atomowo zdefiniowanych szablonów na dowolnych podłożach.

Atomowo zdefiniowane matryce do epitaksjalnego wzrostu złożonych cienkich warstw tlenkowych

Opisujemy metodę wytwarzania wielkopowierzchniowych (do 13 cm średnicy) i ultracienkich (tak cienkich jak 8 nm) folii polimerowych. Zamiast używać protektorowej warstwy pośredniej do rozwarstwiania folii od jej podłoża, stosujemy samoograniczającą się obróbkę powierzchni odpowiednią do dowolnie dużych powierzchni.

Wytwarzanie wielkopowierzchniowych, wolnostojących, ultracienkich folii polimerowych

W tym artykule opisujemy międzyfazową syntezę sprzężonych mikroporowatych polimerów (CMP) na podłożach protektorowych oraz rozpuszczanie substratu do przygotowania wolnostojących nanomembran CMP. Ponadto opiszemy, w jaki sposób kruche nanomembrany mogą być przenoszone na inne podłoża.

Synteza i transfer warstwa po warstwie wolnostojących mikroporowatych nanomembran polimerowych

Nanoskalowane powierzchnie wysp morskich złożone z termoczułych kopolimerów blokowych zostały wytworzone metodą Langmuira-Schaefera do kontrolowania spontanicznej adhezji i odklejania komórek. Uwidoczniono zarówno przygotowanie powierzchni, jak i adhezję i odklejanie się komórek na powierzchni.

Przygotowanie termoczułych powierzchni nanostrukturalnych dla inżynierii tkankowej

Przedstawiono protokół wytwarzania dużego obszaru nanowzorzystego podłoża z małych form o nanowzorze do badania nanotopograficznej modulacji zachowania komórek.

Ekspandowanie nanowzorzystych substratów przy użyciu techniki ściegu do nanotopograficznej modulacji zachowania komórek

Przedstawiamy protokół funkcjonalizacji szkła za pomocą nanometrycznych plastrów białkowych otoczonych płynną dwuwarstwą lipidową. Substraty te są kompatybilne z zaawansowaną mikroskopią optyczną i oczekuje się, że posłużą jako platforma do badań adhezji i migracji komórek.

Macierze nanoklastrów ligandów w podpartej dwuwarstwie lipidowej

Pokazujemy wytwarzanie okresowych matryc nanokubków złotych za pomocą technik litograficznych koloidalnych i omawiamy znaczenie warstw nanoplazmonowych.

Wytwarzanie okresowych matryc złotych nanokubków przy użyciu litografii koloidalnej

Opisano metody wytwarzania powierzchni do wzorzystego osadzania pędzli o grubości nanometrów lub usieciowanych warstw o grubości mikronów kopolimeru blokowego azlactonu. Omówiono krytyczne etapy eksperymentalne, reprezentatywne wyniki i ograniczenia każdej metody. Metody te są przydatne do tworzenia funkcjonalnych interfejsów z dostosowanymi cechami fizycznymi i przestrajalną reaktywnością powierzchni.

Wytwarzanie powierzchni reaktywnych za pomocą pędzlowych i usieciowanych warstw kopolimerów blokowych funkcjonalizowanych azlaktonem

Ten protokół szczegółowo opisuje nowatorską technikę nano-produkcji, która może być wykorzystana do tworzenia kontrolowanych i konfigurowalnych folii nanocząsteczkowych na dużych obszarach, w oparciu o samoorganizację odwilżania zasklepionych folii metalowych.

Nanowytwarzanie nanocząstek złota na dużej powierzchni w oparciu o podłoże poprzez odwilżanie

Protokół syntezy i charakterystyki samoorganizujących się monowarstw szkieletu metaloorganicznego jest dostarczany przy użyciu szczepionych polimerami, kryształów metaloorganicznych (MOF). Procedura pokazuje, że cząstki MOF szczepione polimerem mogą być samoorganizujące się na granicy faz powietrze-woda, co skutkuje dobrze uformowanymi, wolnostojącymi, jednowarstwowymi strukturami, czego dowodem jest obrazowanie za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej.

Synteza i charakterystyka samoorganizujących się monowarstw metaloorganicznych z wykorzystaniem cząstek pokrytych polimerem

Naucz się funkcjonalizacji i samoorganizacji makroskopowych warstw monowarstwowych nanocząstek-ligand na podłożach bez szablonów. Ta metoda wykorzystuje gradienty napięcia powierzchniowego do transportu nanocząstek.

Technika funkcjonalizacji i samoorganizacji makroskopowych warstw monowarstwowych nanocząstek-ligand na podłożach bez szablonów

Przeglądaj więcej filmów