Funcionalização da murada-Single nanotubos de carbono com termo-reversível copolímeros em bloco e caracterização por Small-angle Neutron Scattering

O objetivo geral deste procedimento é fabricar e caracterizar nanopartículas à base de nanotubos de carbono contendo uma camada de encapsulamento térmica responsiva em soluções aquosas. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da engenharia de nanoestruturas, como fabricar nanopartículas responsivas a estímulos e investigar mudanças in situ em sua estrutura em nanoescala induzidas por estímulos externos. Este método pode fornecer informações sobre a fabricação baseada em montagem química de nano blocos de construção inteligentes.

Também pode ser aplicado a outros sistemas que consistem em diferentes tipos de nanopartículas carbonatadas e copolímeros em bloco. Para iniciar este procedimento, adicione 0,175 gramas de pó de Poloxamer 407 em 70 gramas de óxido de deutério. Em seguida, dissolva completamente o polímero em solução usando um agitador magnético por 30 minutos a uma hora.

Adicione separadamente 0,01 gramas de pó de nanotubo de carbono de parede única a tubos de centrífuga cônicos de 250 mililitros. Em seguida, adicione 31,6 mililitros da solução de poloxâmero 407 a cada tubo. Em seguida, misture a suspensão em cada tubo por mistura de vórtice por 5 a 10 minutos.

Quando terminar, coloque o tubo um em banho-maria e prenda-o usando um clamp suporte. Mergulhe a ponta de um ultrassônico na suspensão do tubo um. Aumente o poder de sonicação gradualmente de 0% até que os nanotubos de carbono depositados no fundo do tubo comecem a quebrar e se espalhar devido ao ultrassom propagado da ponta do ultrassom.

Trate a suspensão com ultrassom por 60 minutos a 20 graus Celsius, mantendo a temperatura da suspensão abaixo de 25 graus Celsius usando um banho-maria como reservatório de temperatura. Em seguida, centrifugue as suspensões brutas em ambos os tubos a 9800 vezes G por duas horas a 20 graus Celsius. Após a centrifugação, transfira separadamente 15 mililitros de cada sobrenadante do topo da solução para um novo tubo.

Dissolver 0,015 g de ácido 5-metilsalicílico ou 5-MS no sobrenadante do tubo dois e rotular esta mistura como amostra dois. Rotular o tubo que contém o sobrenadante do tubo um como amostra um. Carregue 0,3 mililitros de cada amostra em uma célula amorfa cord-span-jo.

Coloque as tampas nas duas células e feche-as enrolando fita adesiva firmemente ao redor das tampas. Em seguida, coloque uma das células seladas entre os espaçadores do suporte da célula de alumínio e monte o suporte da célula do banjo de alumínio. Carregue as células montadas em diferentes posições de amostra da pá de amostra EQ-SAN.

Faça uma lista das posições de amostra da raquete no formulário de lista de amostra. Inicie a medição carregando e executando o script de experimento na janela de controle do PI-DAS. Para medições de AFM, misture 0,1 mililitros da solução do tubo de amostra com 1,9 mililitros de água deionizada.

Em seguida, coloque um wafer de silício limpo em um codificador de rotação. Fixe a posição do wafer usando uma verificação de vácuo. Defina a velocidade de rotação e o tempo de funcionamento para 1500 rotações por minuto e 60 segundos, respectivamente.

Molhe a superfície exposta do wafer com a amostra diluída. Em seguida, comece a girar a codificação. Quando terminar, desligue a bomba de vácuo e remova o wafer codificado do codificador de rotação.

Neste ponto, prenda o wafer codificado em um disco de ferro usando uma fita adesiva de carbono de dupla face. Aproxime o disco da borda da área exposta de um scanner. Em seguida, deslize o disco em direção ao centro até que a superfície inferior cubra completamente a parte superior do scanner.

Em seguida, monte o microscópio da sonda de varredura ou o cabeçote SPM no scanner e conecte o cabo. Abra o software de controle de alimentação do instrumento no computador e selecione o modo de toque na janela de configuração do sistema. Em seguida, coloque a ponta do cantilever no centro da janela do monitor, ajustando os botões grossos e finos do microscópio óptico e movendo os estágios ópticos X e Y.

Alinhe o laser ajustando os botões de alinhamento do laser no cabeçote SPM. Localize aproximadamente o ponto de laser vermelho no cantilever e mova o ponto para o meio da ponta do cantilever traçando os pontos mostrados no monitor. Após o alinhamento do laser, alinhe o detector usando os botões do fotodetector.

Ajuste aproximadamente os botões para desligar quatro luzes LED vermelhas no cabeçote do SPM. Em seguida, ajuste os botões com precisão até que a imagem de reflexão rosa esteja localizada no centro da janela de alinhamento do laser e a soma do sinal do fotodiodo do quadrante seja maior que pelo menos dois volts. Ajuste o cantilever usando o ajuste automático na janela de ajuste do cantilever.

Em seguida, execute o ajuste automático em uma faixa de frequência de zero a 1000 kilohertz. Em seguida, coloque a superfície do wafer em foco do microscópio ajustando os botões de foco. Quando a superfície do wafer estiver em foco, clique no botão de engajamento na barra de ferramentas.

Selecione um tamanho de escaneamento, um número de amostragem e uma taxa de escaneamento na janela pop-up. Comece a digitalizar. Ajuste gradualmente os valores de ganho proporcional, ganho integral e deflexão vertical se o contraste entre as partículas e o fundo do substrato for muito baixo para reconhecer claramente as formas e limites das partículas da imagem digitalizada.

Por fim, desengate a sonda após a medição. Ao alterar a temperatura ou adicionar aditivos de 5-MS, as intensidades de espalhamento SANS da suspensão de nanotubos de carbono de parede única funcionalizada mostram uma mudança para Q mais alto na região Q intermediária e o desenvolvimento de um pico em Q. As mudanças devido ao controle de temperatura e adição de 5-MS se originam da mudança estrutural da camada de encapsulamento do poloxâmero 407 nos nanotubos de carbono. O nanotubo de carbono poloxâmero com a estrutura do cilindro do núcleo sofre uma transformação estrutural do encapsulamento por micelas esféricas de poloxâmero 407 à temperatura ambiente para o encapsulamento por uma camada cilíndrica compacta de poloxâmero 407 em temperatura mais alta.

Durante a mudança estrutural, a micela esférica do poloxâmero 407 com um raio de giro de 45 angstroms torna-se um conjunto de bolhas de cadeia única que circundam o núcleo do nanotubo de carbono de forma mais compacta com o raio de giro de 30 angstroms. Embora as imagens do AFM mostrem somente uma morfologia seca dos nanobastões do nanotube do carbono do poloxâmero sem água fornecem a evidência do desempacotamento e da dispersão de nanotubes do carbono assim como a distribuição do comprimento dos nanorods. Este procedimento pode ser aplicado a diferentes combinações de nanopartículas em copolímeros em bloco para fabricar vários nano blocos de construção responsivos a estímulos.

Após este procedimento, outros métodos como crio-EM ou simulação dinâmica molecular podem ser realizados para responder a questões como a estrutura espacial real das camadas poliméricas em estado de solução e a física subjacente detalhada relacionada à mudança de estrutura. Espero que este vídeo tenha demonstrado que um espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo é uma técnica muito útil para caracterizações de nanoestruturas in situ de amostras de solução. Também esperamos ver mais cientistas virem ao SNS para vários experimentos de espalhamento de nêutrons.