等离子体聚合空心颗粒的封装和渗透特征

Summary

我们已经用等离子体增强化学气相沉积存入范围从几纳米到几100对各种材料的纳米粒子的纳米薄膜。我们随后蚀刻的核心原料生产空心球壳，其渗透壳的厚度控制。我们描述了这些涂料的透气性小分子，并证明这些障碍可以提供数天的核心材料的缓释。

Abstract

在这个协议中，核壳纳米结构的等离子体增强化学气相沉积合成。我们生产各种固体物质，包括二氧化硅和氯化钾异丙醇等离子体聚合非晶屏障。这种多用途的技术被用来治疗范围从37纳米到1微米大小的纳米粒子和纳米粉体，沉积的薄膜，其厚度可以在任何地方从1纳米到100纳米以上。解散的核心，让我们学习的渗透通过薄膜的速率。在这些实验中，我们确定氯化钾通过阻隔膜的扩散系数涂层氯化钾纳米随后监测包覆颗粒悬浮在水中的离子电导率。在这个过程中的主要兴趣是溶质的封装和缓释。壳的厚度是由我们控制释放速率的独立变量之一。它具有强效率释放，从而增加了六个小时的释放（壳厚度为20 nm）到30天以上的长期释放（壳厚度为95纳米）。释放曲线显示了特有的行为：在前五分钟开始解散后，慢释放所有的核心材料，才最终材料（35％）快速释放出来。

Protocol

1。制备纳米二氧化硅的沉积

1. 硅微粉干起，准备涂层样本，首先消除了大团聚。
2. 用乙醇二氧化硅微粒（直径为200纳米从凝胶Tec的公司购买）（190举证纯）洗净下通风柜与乙醇，直到所有的水分蒸发，留下样品。
3. 过筛颗粒通过一系列的金属网格（美国＃100-400）为了打破任何剩余的群。
4. 地方颗粒在管式反应器和一个小的磁力搅拌器栏， 如图1所示。颗粒应放在等离子区。
5. 放在两法兰，在玻璃管年底和连接到泵管O形圈密封的玻璃反应釜。
6. 安装法兰，并用手拧紧螺丝钳的周围围绕不锈钢夹环。

2。真空系统的制备

1. 填充液氮陷阱，然后让表面的陷阱，成为冷。等待5分钟。
2. 在起泡添加异丙醇和连接到等离子体反应器。
3. 周围放置金属管橡胶O形圈密封起泡和起泡器连接螺母拧紧，直到管的地方变得密封。

3。等离子体沉积过程

1. 放置在水浴温度为34±2°C的起泡
2. 打开氩气流量控制器和输入设定点为6.00 SCCM。
3. 逐渐打开闸阀，玻璃管连接到泵泵工作时。认真执行这一步，因为压力突然下降，可能会导致颗粒流被风吹走。等到压力达到200毫托，然后离开闸阀全开。
4. 玻璃管置于磁力搅拌器，并设置速度为100 r下午。
5. 周围的管状玻璃反应器的无线电频率，射频发生器连接的铝圈和不锈钢钳连接到地面。
6. 匹配网络（埃尼MW-5D），然后切换的电源线和射频发生器电源的开启。设置在整个过程为30 W的功率。
7. 后关闭匹配网络的时间（10，20或40分钟），射频信号发生器，交流电源的具体时间。
8. 关闭单向阀，然后关闭氩气流量控制器。断开阀鼓泡和反应堆压力逐渐增加，大气。
9. 打开夹子，从管的粒子转移到塑料盘使用金属铲。

4。解散芯材中空粒子的制备

1. 置于通风柜的整个过程中添加氢氟酸的样品。
2. 氢氟酸是一种极其合作rrosive酸和它的眼睛和皮肤的接触，可能会造成永久性的损害。使用护目镜，面罩和处理高频时穿实验室外套。
3. 氢氟酸（Aldrich公司占49％）10毫升与10毫升去离子水混合，并添加到包含包覆颗粒的塑料盘。
4. 塑料盘放在磁力搅拌器，并允许为核心，以24小时溶解。
5. 一天后，50毫升的去离子水稀释样品和样品离心1小时。丢弃在一个塑料容器在顶部的液体层和传输底层包含的粒子在塑料培养皿。
6. 加入50毫升去离子水和旋涡的样品，并再次离心。处置和转移的一个干净的培养皿中的颗粒层的顶层。
7. 的粒子用乙醇洗净，风干样品，并转移到一小瓶空心颗粒帽和保持颗粒在干燥器。

5。甜心的的渗透cterization（核心发行利率）

材料：氯化钾为核心材料

1. 0.001摩尔氯化钾（KCl）溶液混合0.0745克1升去离子水，氯化钾准备。
2. 恒定输出雾化器模型3076填充的玻璃瓶，安装瓶盖。
3. 连接压缩空气软管膜烘干机，雾化器连接到进气口。然后附加一个过滤器的出口软管，以收集氯化钾纳米粒子。
4. 逐渐打开压缩空气阀，并通过膜干燥器让空气流通。允许颗粒积聚在过滤器为5小时。
5. 关闭压缩空气阀，并小心地取出过滤器和收集的颗粒。置于干燥器中的粒子之前的涂层工艺。
6. 按照协议，2和3以获得氯化钾颗粒均匀涂布。
7. 混合涂层氯化钾10毫升去离子WA之三，在一个玻璃小瓶。为了充分混合样品，放入溶液磁力搅拌器，磁力搅拌器离开。在25°C孵育样品
8. 电导率仪探头（热猎户座模型105）插入小瓶和记录超过30天的电导率。

6。代表结果

我们已经申请了这个过程的核心材料的品种，包括氧化物（二氧化硅），盐（氯化钾）和金属（铝）， 如图2所示。透射电子显微镜已被用来确认径向均匀薄膜，并测量其厚度。我们有成功包覆颗粒范围从37纳米到200纳米的直径（ 图2），但可以用这种方法处理的颗粒大小基本没有限制。壳沉积率大约为1海里/分钟。这相当缓慢的速度，使得它可以控制薄膜的厚度相当准确地通过沉积时间。等离子体聚合壳是一个渗透屏障，作为核心材料可以删除蚀刻或解散的事实证明。 图3显示了仍然硅芯被删除后的空壳。去除的核心是完整​​的和径向均匀性和薄膜的厚度相当高。通过这些薄膜的透气性评估的目的，我们交换为核心的材料氯化钾氯化钾解体以来，可以监视通过离子导电性的解决方案很容易。 图4显示了从核心的氯化钾4个样品的释放厚度不同，20纳米，40纳米，75纳米，95纳米，分别。涂层氯化钾颗粒悬浮在水中，溶液的电导率，为期30天。除了四个样品，未涂布氯化钾颗粒组成的控制也被监控。胶版纸解离氯化钾颗粒绿萼在很短的时间约1分钟。相比之下，氯化钾涂层显示了显着的释放速度较慢。包覆颗粒释放的特点是由最初爆发的第一个小时内的地方，其次要慢得多的版本，需要数天才能完成，取决于薄膜的厚度。

图1。制备纳米粒子，等离子体沉积和空心粒子形成的示意图表示。

图2。涂层的TEM照片（一），（二）与d的二氧化硅微粒= 200纳米（C），D = 37纳米的二氧化硅粒子，（四）与d〜100 nm的铝，及（e）氯化钾颗粒D = 100 nm的

图3，TEM后蚀刻（一），（b）与硅芯直径为200 nm，（三）氯化钾的核心空心颗粒的图像。

图4。释放壳厚度的影响。插图图显示了在第一个小时释放。

Discussion

纳米涂层的最大挑战之一是提供一个兼容的化学涂层与基体^1,2之间。这里描述的方法的优点是，它不是特定材料。等离子聚合物表明对各种基材，包括硬质金属（ 图2（c）条 ），硅胶（ 图2（c）），硅或软质材料（如聚合物）优异的附着力，而不需要任何特殊的表面改性^{3 4,5。}该技术具有更大的优势，它不是由核心颗粒大小的限制，并在纳米和微米范围的颗粒很容易适应。涂层厚度控制沉积时间，可以很容易地从几个到几百纳米不等。另一个控制水平提供了用于生产涂料的有机前驱。例如，疏水性涂层可以是多种多样的，通过适当的塞莱ction的易制毒化学^6。一个方面需要进一步改进的过程中实现了涂层的均匀性。我们估计，大约有70％的粒子在等离子体处理成为完全与其余的30％，显示部分涂覆涂层。设计和工程一个新的反应堆，其中血浆各地在整个过程中的颗粒包围可以改善这一点。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Silica particles	Geltech Inc.
Potassium chloride (crystals)	EMD Chemicals Inc.
Isopropyl alcohol (99.9%)	Sigma-Aldrich
Hydrofluoric acid (48-51%)	VWR
Pipes and flanges	Swagelok		diameter of ¼ and 1 inch
roughing pump	Edwards
liquid nitrogen trap	A&N Corporation