플라즈마 Polymerized 빈 입자의 캡슐화 및 투과율 특성

Summary

우리는 몇 nm의 다양한 재료의 나노 크기의 입자에 대한 몇 백 nm의에 이르기까지 박막을 입금 플라즈마 강화된 화학 기상 증착을 사용했습니다. 우리 투자율 껍질의 두께에 의해 제어됩니다 중공 nanoshells을 생산하기 위해 이후 에칭 핵심 소재. 우리는 작은 solutes 이러한 코팅의 투자율을 특성화하고 이러한 장벽 며칠 동안 핵심 소재의 지속적인 출시를 제공할 수 있다고 보여줍니다.

Abstract

이 프로토콜에서는 코어 쉘 nanostructures는 플라즈마 강화 화학 기상 증착에 의해 합성된다. 우리는 실리카와 칼륨 염화 등 다양한 고체 기판, 대한 이소프로판올의 플라즈마 중합에 의한 비정질 장벽을 생산하고 있습니다. 이 다재 다능한 기술은 누구의 두께가 1 nm의에서 100 nm의의 이상으로 어디 에나있을 수있는 영화를 입금하여, 37 nm의에서 1 마이크론까지 크기의 nanoparticles과 nanopowders을 치료하는 데 사용됩니다. 코어의 해산은 우리가 영화를 통해 침투의 속도를 공부할 수 있습니다. 이 실험에서 우리는 코팅 KCL의 nanocrystals에 의해 배리어 필름을 통해 KCl의 확산 계수를 결정하고 이후 물 속에 정지 코팅된 입자의 이온 전도도를 모니터링. 이 과정에서 가장 큰 관심은 캡슐과 solutes의 지연 릴리스입니다. 껍질의 두께는 우리가 릴리스의 속도를 제어하는​​ 독립 변수 중 하나입니다. 그것은 속도에 강력한 영향을 미치지릴리스의 어느 30 일 이상 장기 릴리스 (쉘 두께가 95 nm의이다)까지 여섯 시간 릴리스 (쉘 두께 20 nm의입니다)에서 증가한다. 릴리스 프로파일 특성 동작을 보여줍니다 해산의 시작 후 첫 5 분 및 핵심 자료의 모든 때까지 느린 릴리즈 중에 빠른 릴리스 (최종 재료의 35 %)이 나오는 거죠.

Protocol

1. 실리카의 준비 증착을위한 Nanoparticles

1. 건식 실리카 파우더는 것부터 시작해서, 먼저 대형 집계를 제거하여 코팅을 위해 샘플을 준비합니다.
2. 에탄올과 실리카 입자 (젤-TEC 사에서 구입한 200 nm의 직경) (190 증명 순수)를 씻고 에탄올 모든 수분 증발까지 퓸 후드 아래에 샘플을 둡니다.
3. 모든 나머지 agglomerations을 깰 수 있도록 금속 meshes 일련의 (미국 # 100-400)을 통해 입자를 엄밀히 조사하다.
4. 그림 1에서와 같이 장소 입자와 관형 반응기에 작은 자석 활동가 바,. 입자 플라즈마 영역 안에 배치해야합니다.
5. 둘은 유리관의 끝에 하나는 펌프에 연결된 파이프의 끝 부분에 하나, 플랜지 사이에 O-링을 게재하여 유리 반응기를 밀봉합니다.
6. 플랜지와 손을 클램프 주위에 나사를 조여 주위의 스테인레스 스틸 클램프 링을 설치합니다.

2.진공 시스템의 준비

1. 액체 질소 트랩을 채우기 다음, 트랩의 표면 냉정하게 될 수 있습니다. 5 분 정도 기다립니다.
2. 버블러에 이소프로판올을 추가하고 플라즈마 반응기에 연결합니다.
3. 금속 파이프 주위에 고무 O-링을 배치하여 버블러을 봉쇄하고 버블러 연결로 파이프의 자리까지 너트를 조여 것은 봉인된다.

3. 플라즈마 증착 프로세스

1. ± 2 ° C. 34 온도로 물을 욕조에 버블러를 배치
2. 아르곤 가스 유량 컨트롤러의 전원을 켜고 세트 포인트와 같은 6.00 sccm를 입력하십시오.
3. 점차적으로 펌프가 작동되는 동안 펌프로 유리 튜브를 연결하는 게이트 밸브를 엽니다. 압력의 갑작스런 감소는 입자 흐름에 날아되는 원인이 될 수 있기 때문에 신중하게이 단계를 수행합니다. 압력이 200 mTorr에 도달할 때까지 기다린 후 게이트 밸브를 완전히 열어두고.
4. 유리관 아래 자성 활동가를 삽입 및 100 R 속도를 설정시.
5. 무선 주파수에 관형 유리 반응기, RF, 발전기 주변 알루미늄 링을 연결하고 그라운드에 스테인리스 스틸 클램프를 연결합니다.
6. 매칭 네트워크 AC 라인과에서 RF 발생기 전원을 전환 후 (ENI MW-5D) 먼저 켜십시오. 전체 프로세스 30 W의 전력을 설정합니다.
7. 각각 시간 (10, 20, 또는 40 분)과 일치하는 네트워크를 해제, RF 발생기 및 AC 전원의 특정 기간 후에.
8. 체크 밸브를 닫고 다음 아르곤 유량 컨트롤러를 해제합니다. 밸브에서 버블러을 분리하고 점차적으로 대기로 원자로 압력을 증가.
9. 클램프를 열고 금속 주걱을 사용하여 플라스틱 그릇에 관에서 입자를 전송합니다.

4. 코어 재질의 해산에 의한 빈 입자의 작성

1. 불화 수 소산​​ 산성을 추가하는 전체 과정에 대한 퓸 후드 아래에 샘플을 놓습니다.
2. 불화 수 소산​​ 산성은 매우 공동입니다눈 및 피부의 rrosive 산성 및 노출은 영구적인 손상을 줄 수 있습니다. 얼굴 방패로 고글을 사용하고 HF를 다룰 때 실험실 코트를 착용하십시오.
3. 10 ML 탈이온수와 불화 수 소산​​ 산성 (올드 리치 49 %)의 10 ML을 섞어서 코팅 입자가 들어있는 플라스틱 접시에 추가할 수 있습니다.
4. 자기 활동가에 플라스틱 접시를 놓고 핵심은 24 시간 동안 용해 수 있습니다.
5. 언젠가는 50 ML 탈이온수으로 샘플을 희석하고 1 시간 동안 시료를 원심 분리기 후. 플라스틱 용기의 상단에있는 액체 층을 버리고 플라스틱 배양 접시에있는 입자를 포함 아래쪽 레이어를 전송합니다.
6. 50 ML 탈이온수과 와동 샘플을 추가하고 다시 원심 분리기. 상위 레이어 배출하고 깨끗한 배양 접시에있는 입자 레이어를 전송합니다.
7. 에탄올로 입자를 워시 공기 샘플을 건조하고, 뚜껑과 함께 유리병에 속이 빈 입자를 전송하고 건조기에 입자 보관하십시오.

5. Chara투과율의 cterization (핵심 릴리스의 비율)

재료 : 핵심 자료에 대한 염화칼륨

1. 1리터 탈이온수과 KCl 혼합 0.0745 g에서 0.001 어금니 칼륨 염화물 (KCl) 용액을 준비합니다.
2. 일정한 출력 분무기 모델 3076의 유리병을 기입하고 병 뚜껑을 설치합니다.
3. 분무기의 가스 유입구에 연결되어 멤브레인 드라이어,로 압축 공기 호스를 연결합니다. 그런 다음 KCl nanoparticles를 수집하기 위해 아웃렛 호스에 필터를 부착합니다.
4. 점차적으로 압축 공기 밸브를 열고 멤브레인 드라이어를 통해 공기 흐름을 보자. 입자는 5 시간 동안 필터에 축적 허용합니다.
5. 압축 공기 밸브를 닫고 조심스럽게 필터를 제거하고 입자를 수집합니다. 코팅 공정 이전 건조기에서 입자를 놓습니다.
6. 균일하게 코팅 KCl 입자를 얻기 위해 프로토콜 2, 3을 따르십시오.
7. 10 ML deionized WA로 코팅 KCl를 섞어유리관에 ter. 완벽하게 샘플을 섞어하려면 솔루션으로 자기 활동가 중단하고 자기 활동가에 둡니다. 25 ° C.에 샘플을 품어
8. 유리병에 전도도 미터 프로브 (써모 오리온 모델 105) 넣고 30 일 동안 전도성을 기록합니다.

6. 대표 결과

우리는 그림 2에 표시된, 산화물 (실리카), 염 (KCl)과 금속 (알루미늄)를 포함하여 핵심 재료의 다양한으로이 과정을 적용했습니다. 전송 전자 현미경은 영화의 요골 균일를 확인하고 두께를 측정하는 데 사용되었습니다. 우리는 37 나노미터의 직경은 200 nm의 (그림 2)에 이르기까지 성공적으로 코팅 입자를 가지고 있지만이 방법으로 치료할 수 입자의 크기에 아무런 근본적인 제한이 없습니다. 쉘 증착의 비율은 약 1 nm의 / 분입니다. 이것은 다소 느린 속도는 가능한 매우 필름의 두께를 제어할 수있게정확하게 증착 시간을 통해. 플라즈마-polymerized 껍질은 핵 물질이 에칭 또는 해산에 의해 제거 수있다는 사실에 의해 증명 투과 장벽이다. 그림 3은 실리카 코어가 제거된 후 남아있는 빈 껍질을 보여줍니다. 코어의 제거가 완료하며 영화의 요골 균일하며 두께가 꽤 높다. 이 영화를 통해 투자율을 평가의 목적을 위해 우리는 KCl의 해산이 솔루션의 이온 전도도를 통해 쉽게 모니터링할 수 있기 때문에 핵심 소재로서 KCl로 전환되었습니다. 그림 4는 네 개의 샘플에 대한 핵심에서 KCl의 출시를 보여줍니다 서로 다른 두께 20 nm의, 40 nm의, 75 nm의, 및 95 nm의 각각으로. 코팅 KCl 입자가 물에 중단되었으며 용액의 전도도는 30 일 기간 동안 미행했다. 네 개의 샘플 이외에 uncoated KCl 입자로 구성되어 컨트롤도 모니터링되었습니다. Uncoated KCl 입자 disso약 1 분 짧은 시간 내에 대비를 위해 2001 년 9 월 11. 반대로 코팅된 KCl은 상당히 느린 릴리스 율을 보여줍니다. 코팅 입자의 릴리스 프로필은 필름의 두께에 따라 완료하는 데 며칠이 걸립니다 훨씬 느린 릴리스 다음, 첫 번째 시간 내에 이루어지는 초기 버스트이 특징입니다.

그림 1. nanoparticles, 플라즈마 증착 및 중공 입자 형성 준비 도식 표현.

그림 2. TEM의 코팅의 이미지 (), (B) D와 실리카 입자 = 200 nm의, D = 37 nm의와 (다) 실리카 입자, D와 (D) 알루미늄 ~ 100 nm의, 그리고 (마) KCl 입자와 D = 100 nm의

그림 3. T200 nm의 직경, 그리고 (c) KCl 코어와 (), (B) 실리카 코어를 식각 후 EM 중공 입자의 이미지를.

그림 4. 릴리스 프로파일 쉘 두께의 영향. 삽입된 페이지 그래프는 첫 번째 시간 동안 릴리스를 보여줍니다.

Discussion

코팅 nanoparticles에서 가장 큰 도전 중 하나는 코팅과 기판 ^1,2 사이에 호환되는 화학을 제공하는 것입니다. 여기서 설명한 방법은 재료 고유 아니라는 장점이 있습니다. 플라즈마 폴리머는 특수 표면 변형 ^3에 대한 필요없이 하드 금속 (그림 2 (C)), 실리카 (그림 2 (C)), 실리콘, 또는 부드러운 재료 (예 : 폴리머)를 포함하여 기판의 다양한에서 우수한 접착력을 보여 ^{, 4,5.} 기술은 그것이 핵심 입자의 크기에 의해 제한되지 않도록 더욱 장점을 가지고 있으며, 나노 및 마이크로 미터 범위의 입자에 쉽게 적응할 수있다. 코팅의 두께는 증착 시간에 의해 제어되며 쉽게 몇 가지에서 수백 nm의로 변경될 수 있습니다. 다른 통제 수준은 코팅을 생산하는 데 사용되는 유기 전구체에 의해 제공됩니다. 예를 들어, 코팅의 소수성 문자가 적합 sele에 의해 변경될 수 있습니다전구체 ⁶ ction. 추가 개선이 필요한 과정 중 하나는 측면이 코팅의 균일를 달성하고 있습니다. 우리는 플라즈마 취급 입자의 약 70 %가 나머지 30 % 부분 코팅을 보여주와 완벽하게 코팅이 될 것으로 예상하고 있습니다. 설계 및 플라즈마 모든 전 과정 동안 입자 주위를 둘러싸는있는 새로운 원자로를 꾸민 것은 이것을 개선할 수 있습니다.

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