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 obter uma compreensão da incorporação de nanopartículas em matrizes poliméricas. A imagem direta das partículas permite uma estimativa das concentrações locais e das taxas gerais de assimilação. Este método pode ajudar a responder a questões-chave em química de materiais, incluindo nanoquímica, design de materiais conceituais e catálise.

A principal vantagem desta técnica é que a incorporação de materiais nanoparticulares é visualizada diretamente, de modo que as informações obtidas não podem ser obtidas por nenhum outro método direto. Demonstrando o procedimento estarão o Dr. Sacha Noimark, o Dr. Joe Bear e o Dr. William Peveler. Pós-doutorado do laboratório do professor Parkin na UCL.

Inicie este procedimento com a preparação dos núcleos de seleneto de cádmio, conforme detalhado no protocolo de texto. Em um balão de fundo dourado de 100 mililitros, adicione dietilditiocarbamato de zinco, 1-octadeceno, oleilamina, trioctilfosfina e os núcleos em hexano. Adicione uma barra de agitação e troque a atmosfera de reação por nitrogênio.

Aquecer a reação num agitador de placas quentes a 3,3 graus Celsius por minuto sob vácuo parcial até 70 graus Celsius enquanto retira o hexano utilizando a linha de Schlenk. Mude a atmosfera para nitrogênio e continue aquecendo a essa taxa até 120 graus Celsius. Mexa 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 que os tubos sejam reabastecidos com até 50 mililitros com etanol para precipitar as partículas e centrifugue a 3600 vezes g por 10 minutos.

Rejeitar o sobrenadante e redispersar os grânulos num total de 10 mililitros de n-hexano. Centrifugar mais uma vez a solução para remover as impurezas insolúveis antes de decantar para um tubo de amostra. Armazene a quatro graus Celsius sob uma atmosfera de nitrogênio por até três meses.

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

Utilizar o restante da solução-mãe para a preparação de outras soluções de inchaço com concentrações de pontos quânticos variáveis. Prepare três soluções de inchaço de concentração decrescente 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 de texto. Armazene todas as soluções de pontos quânticos em condições escuras à temperatura ambiente.

Em seguida, corte quatro quadrados de silicone de grau médico usando uma lâmina de bisturi nova. Mergulhe um quadrado de silicone de grau médico em cada uma das quatro soluções de inchaço de porcentagem variável de concentração de pontos quânticos: solução estoque, 66% 50% e 33% Depois que as amostras de polímero incharem à temperatura ambiente por 24 horas em condições escuras, remova as amostras de polímero inchadas das respectivas soluções de inchaço. Seque as amostras ao ar livre em condições escuras por 48 horas, durante as quais o solvente residual evapora e os polímeros encolhem de volta às suas dimensões iniciais.

Em seguida, lave bem as amostras incorporadas com pontos quânticos com água deionizada para remover quaisquer materiais ligados à superfície. Em seguida, prepare mais quatro quadrados de silicone de grau médico. Mergulhe-os na solução de inchaço de caldo por períodos de tempo variados: uma hora, três horas, seis horas e 24 horas.

Após a remoção da solução de inchaço, seque ao ar as amostras de polímero inchadas em condições escuras por 48 horas, de modo que a amostra encolha de volta às suas dimensões anteriores. Lave bem as amostras incorporadas com pontos quânticos com água deionizada para remover quaisquer materiais ligados à superfície ou solvente residual. Corte dois quadrados de silicone retrátil com uma lâmina de bisturi nova.

Certifique-se de que isso expõe a superfície interna das amostras de silicone. Coloque as amostras de silicone em uma lâmina de microscópio para obter imagens. Certifique-se de que o lado recém-cortado do polímero entre em contato total com a lâmina de vidro.

Pressione levemente a parte de silicone para baixo para garantir um contato suave com a lâmina do microscópio antes de concluir as medições de fluorescência durante a vida útil, conforme descrito no protocolo de texto. Em seguida, coloque a amostra no palco do microscópio. Para concluir as medições de fluorescência ao longo da vida, acople diretamente a saída do laser a um sistema de filtro sintonizável acústico-óptico para gerar a linha de laser de 488 nanômetros.

Foque o feixe de laser usando uma unidade de varredura a laser personalizada que é refletida por um espelho dicróico na abertura traseira de uma objetiva de 10X e, em seguida, na amostra. Consulte o protocolo de texto para obter instruções sobre como realizar medições e processar dados. Os pontos quânticos resfriados são caracterizados usando espectroscopia de fotoluminescência para medir a emissão, os espectros de excitação e o rendimento quântico geral.

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

Ao tentar o procedimento, é importante lembrar que a lâmina usada para cortar as amostras de polímero não está contaminada e é relativamente afiada, pois inconsistências neste estágio podem introduzir artefatos nas imagens de fluorescência. Seguindo este procedimento, outros métodos, como espectroscopia de raios-X por dispersão de energia, além de testes funcionais, podem ser realizados para medir ainda mais a quantidade de encapsulamento ou a concentração da superfície. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da ciência dos materiais explorarem o design de compósitos de nanopartículas usando uma variedade de matrizes hospedeiras.

Não se esqueça de que trabalhar com seleneto de cádmio pode ser extremamente perigoso, e precauções, como usar equipamento de proteção individual adequado e trabalhar em uma capela de exaustão, devem sempre ser tomadas durante a execução deste procedimento.