Avançado Análise da composição dos compósitos de nanopartículas de polímero através da tecnologia Direct Fluorescência de imagem

O objetivo geral desta técnica de análise é compreender a incorporação de nanopartículas em matrizes poliméricas. O imageamento direto das partículas permite estimar concentrações locais e taxas gerais de assimilação. Este método pode ajudar a responder questões fundamentais na química de materiais, incluindo nanocatálise, projeto de materiais conceituais e catalise.

A principal vantagem desta técnica é que a incorporação de materiais nanoparticulados é visualizada diretamente, de modo que as informações obtidas não podem ser alcançadas por qualquer outro método simples. Demonstrarão o procedimento a Dra. Sacha Noimark, o Dr. Joe Bear e o Dr. William Peveler, pós-doutorandos do laboratório da Professora Parkin na UCL.

Inicie este procedimento com o preparo dos núcleos de selineto de cádmio, conforme detalhado no protocolo textual. Em um frasco marrom de fundo redondo de 100 mililitros, adicione dicarbonato de dietilzinco, 1-octadeceno, oleylaminas, tricetilfosfina e os núcleos em hexano. Adicione uma barra de agitação e troque a atmosfera da reação por nitrogênio.

Aqueça a reação em um agitador com placa aquecedora a 3,3 graus Celsius por minuto sob vácuo parcial até 70 graus Celsius, removendo o hexano utilizando a linha de Schlenk. Troque a atmosfera para nitrogênio e continue aquecendo nesta taxa até 120 graus Celsius. Agite a 120 graus Celsius por duas horas.

Deixe a reação esfriar e divida a mistura entre dois tubos de centrífuga de 15 mililitros. Injete clorofórmio na amostra antes de despejar a solução nos tubos. Certifique-se de completar os tubos até 50 mililitros com etanol para precipitar as partículas e centrifugue a 3600 ×g durante 10 minutos.

Descarte o sobrenatante e redisperse os pellets em um volume total de 10 mililitros de n-Hexano. Centrifugue a solução mais uma vez para remover quaisquer impurezas insolúveis antes de decantar para um tubo de amostra. Armazene a quatro graus Celsius sob atmosfera de nitrogênio por até três meses.

Para o preparo da solução de inchamento, prepare uma solução estoque de pontos quânticos de seleneieto de cádmio misturando 36 mililitros de n-hexano com quatro mililitros da dispersão sintetizada de pontos quânticos de seleneieto de cádmio. Agite a solução magneticamente. Reserve dois frascos, cada um contendo nove mililitros da solução estoque, como soluções de inchamento designadas.

Utilize o restante da solução estoque para a preparação de outras soluções de inchamento com concentrações variáveis de pontos quânticos. Prepare três soluções de inchamento com concentrações decrescentes de pontos quânticos diluindo a solução estoque para obter uma solução de 66%, uma solução de 50% e uma solução de 33%, conforme detalhado no protocolo textual. Armazene todas as soluções de pontos quânticos em condições escuras à temperatura ambiente.

Em seguida, recorte quatro quadrados de silicone de grau médico utilizando uma lâmina de bisturi nova. Mergulhe um quadrado de silicone de grau médico em cada uma das quatro soluções de inchaço com concentrações variáveis de pontos quânticos: solução estoque, 66%, 50% e 33%. Após as amostras de polímero incharem à temperatura ambiente por 24 horas em condições de escuro, remova as amostras inchadas das respectivas soluções de inchaço. Seque as amostras ao ar em condições de escuro por 48 horas, período durante o qual o solvente residual evapora e os polímeros retornam às suas dimensões iniciais.

Em seguida, lave minuciosamente as amostras contendo pontos quânticos com água desionizada para remover quaisquer materiais ligados à superfície. Em seguida, prepare mais quatro quadrados de silicone de grau médico. Mergulhe-os na solução estoque de inchamento por períodos variados: uma hora, três horas, seis horas e 24 horas.

Após a remoção da solução de inchamento, seque ao ar as amostras de polímero inchadas em condições escuras durante 48 horas, de modo que a amostra volte às suas dimensões anteriores. Lave minuciosamente as amostras contendo pontos quânticos com água desionizada para remover quaisquer materiais aderidos à superfície ou solvente residual. Recorte dois quadrados de silicone inchados e contraídos com uma lâmina de bisturi nova.

Certifique-se de que isso exponha a superfície interna das amostras de silicone. Coloque as amostras de silicone sobre uma lâmina de microscópio para obtenção de imagens. Garanta que o lado recém-cortado do polímero entre em contato completo com a lâmina de vidro.

Pressione suavemente a parte de silicone para garantir um contato uniforme com a lâmina do microscópio antes de concluir as medidas de tempo de vida da fluorescência, conforme descrito no protocolo do texto. Em seguida, coloque a amostra na platina do microscópio. Para concluir as medidas de tempo de vida da fluorescência, acople diretamente a saída do laser a um sistema de filtro acusto-óptico sintonizável para gerar a linha de laser de 488 nanômetros.

Focalize o feixe de laser usando uma unidade de varredura a laser de construção personalizada, que é refletida por um espelho dicromático para a abertura traseira de uma objetiva de 10X e, em seguida, para a amostra. Consulte o protocolo textual para obter instruções sobre como realizar medições e processar dados. Pontos quânticos resfriados são caracterizados utilizando espectroscopia de fotoluminescência para medir emissão, espectros de excitação e o rendimento quântico geral.

Os pontos quânticos encapsulados por inchaço são altamente fotoluminescentes, portanto o brilho indica um encapsulamento bem-sucedido. Seções transversais do polímero podem ser montadas no microscópio de fluorescência para medir o grau de encapsulamento por inchaço. Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em cerca de 15 minutos com amostras encapsuladas por inchaço, se for executada corretamente.

Ao realizar o procedimento, é importante lembrar que a lâmina utilizada para cortar as amostras poliméricas está livre de contaminação e é relativamente afiada, pois inconsistências nesta etapa podem introduzir artefatos nas imagens de fluorescência. Após este procedimento, outros métodos, como espectroscopia de raios X por dispersão de energia, além de testes funcionais, podem ser realizados para avaliar ainda mais a quantidade de encapsulação ou a concentração superficial. Após seu desenvolvimento, esta técnica abriu caminho para pesquisadores na área de ciência dos materiais explorarem o design de compósitos com nanopartículas utilizando uma variedade de matrizes hospedeiras.

Não se esqueça de que trabalhar com seleneio de cádmio pode ser extremamente perigoso, e precauções, como o uso de equipamentos de proteção individual adequados e o trabalho em uma capela de exaustão, devem sempre ser tomadas ao realizar este procedimento.