Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Использование Polystyrene- Published: July 9, 2015 doi: 10.3791/52954
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Division of Chemistry and Biological Chemistry, Nanyang Technological University

Protocol

Внимание: Пожалуйста, обратитесь все соответствующие паспорта безопасности материала (MSDS). Некоторые химические вещества, используемые в этих синтезах являются коррозионные, токсичные и, возможно, канцерогенным. Наноматериалы могут иметь непризнанные опасности по сравнению с их коллегами сыпучих. Пожалуйста, используйте соответствующие практики безопасности при выполнении реакции, в том числе с использованием вытяжного шкафа и средств индивидуальной защиты (защитные очки, перчатки, халат, полная длина брюк, закрытые носок обуви, и т.д.).

1. Синтез наночастиц металлов

Примечание: Все изделия из стекла используется в синтезах промывают царской водкой (ВНИМАНИЕ: очень кислой и коррозию, ручка с осторожностью и утилизировать следующие правила), тщательно промывают, а затем сушат в 60 ° C печь. Металл примеси или остаток может привести к преждевременному зарождения и неудачи синтеза наночастиц.

  1. Синтез 16 и 32 нм наночастиц Au (AuNPs)
    1. Растворите 10 мг hydrogeп тетрахлораурата (III), гидрат (HAuCl 4 ∙ 3H 2 O) в 100 мл деионизированной (ДИ) воды в круглодонную колбу, снабженную конденсатором и мешалкой.
    2. При перемешивании на, нагревают раствор с обратным холодильником (кипения, 100 ° С). Желтый цвет HAuCl 4 остается неизменным.
    3. Готовят 1% -ный раствор цитрата натрия при растворении 30 мг цитрата натрия в 3 мл дистиллированной воды.
    4. Для синтеза 16 нм AuNPs, вводят 3 мл 1% -ного раствора цитрата натрия (1.1.3) в кипящую HAuCl 4 решения (1.1.2). Решение седеют в течение 1 мин, а затем постепенно становится красным.
      1. Для синтеза 32 нм Au NPS, использовать 1,5 мл раствора цитрата натрия вместо. Меньшее количество восстановителя приводит к менее обширной гомогенной нуклеации, так что каждое ядро ​​может расти больше.
    5. Хранить раствор при кипении в течение еще 30 мин, а затем охладить до комнатной температуры для использования в последующих реакциях.
    6. Противфирме размер и морфологию получаемых AuNPs по просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ).
      1. Чтобы подготовить образец ТЕМ, сначала сконцентрировать AuNPs путем передачи 1,5 мл синтезированного раствора в микроцентрифужных трубки, и центрифугировать ее при 16000 х г в течение 15 мин. После удаления прозрачного супернатанта, падение 10 мкл аликвоты раствора остатка на ТЕМ медную сетку. Фитиль от избыточного жидкого образца с помощью фильтровальной бумаги и сушат медную сетку в воздухе.
      2. Для проведения ТЭМ характеристику, загрузить образец меди сетки в держатель ТЕМ, обеспечить образец, и загрузить держатель в камере образца следующим стандартных операционных процедур (индивидуальные для каждого типа / марки инструмента). 22
  2. Синтез Au наностержней (AuNRs)
    1. Подготовка семян решение. При интенсивном перемешивании, добавляют 0,6 мл 10 мМ охлажденной льдом борогидрид натрия (NaBH 4) в 10 мл 0,25 мМ HAuCl 4 2 O подготовлены в 0,1 М гексадецилтриметиламмонийбромид раствора (СТАВ). Продолжить перемешивание в течение 10 мин.
    2. Добавить 95 мл 0,1 М ЦТАБ, 1 мл 10 мМ нитрата серебра (AgNO 3), 5 мл 10 мМ HAuCl 4 ∙ 3H 2 O последовательно в 200 мл коническую колбу.
    3. Добавить 0,55 мл 0,1 М L-аскорбиновой кислоты в растворе, а слегка встряхнуть для гомогенизации раствора.
    4. Сразу добавить 0,12 мл семенной решения (этап 1.2.1). Смешайте раствор осторожно встряхивая и оставить его в покое O / N (14-16 ч).
  3. Синтез т -TE нанопроводов (TeNWs)
    1. Подготовьте 10 мл N 2 H 4 решения путем смешивания 1 мл аккуратным N 2 H 4 · H 2 O с 9 мл дистиллированной воды.
    2. Добавить 16 мг 2 TeO порошок медленно к N 2 H 4 решения (этап 1.3.1) в химическом стакане при комнатной температуре при постоянном перемешивании. В 10 мин, порошок полностью растворяется. Солуции будет меняться от бесцветного до янтарного, до фиолетового, и в конечном счете к синему, что указывает на образование т -te нанопроводов.
    3. Разбавляют раствор 10 раз с додецилсульфата натрия (10 мм), чтобы закончить реакцию. Синий цвет раствора становится менее интенсивным после разбавления.

2. Синтез PSPAA Encapsulated металлических наночастиц (мономеров)

Примечание: В дальнейшем, точные количества используются для достижения точное соотношение конечной смеси / вода ДМФ. Поскольку объем остатка после центрифугирования и экстракции надосадочной жидкости всегда отличается, примерно измерения объема остатка пипетки и затем компенсировать этот объем при добавлении ДМФ / воды, чтобы сделать окончательные решения. Небольшие отклонения от соотношения растворителя, как правило, не проблема.

  1. Инкапсуляция AuNPs (D Аи = 16 нм, 32 нм) с PSPAA (AuNP @ PSPAA)
    1. Очистка AuNPрешение. Добавить 3 мл синтезированного раствора AuNP (шаг 1.1) к двум микроцентрифужных пробирках (1,5 мл каждый), центрифуге при 16000 х г в течение 15 мин и удалить супернатант. Развести концентрированный раствор (~ 20 мкл) с 160 мкл деионизованной воды.
    2. Подготовка исходного раствора PSPAA растворением 8 мг PSPAA (PS 154 - B -PAA 49 или PS 144 - B -PAA 22) в 1 мл ДМФ.
    3. Приготовьте раствор PSPAA путем смешивания 740 мкл ДМФ с 80 мкл PS 154 - B -PAA 49 раствора. Для инкапсуляции AuNPs в PS 144 - б -PAA 22 снарядов, использовать 80 мкл PS 144 - б -PAA 22 исходного раствора.
    4. В стеклянном флаконе, добавить AuNPs (~ 180 мкл раствора, шаг 2.1.1) до 820 мкл раствора PSPAA (этап 2.1.3). Конечную смесь имеет объем 1 мл ДМФ с V / V = 4,5 H2O: 1.
    5. Добавить 40 мклРаствор 1,2-dipalmitoyl- зп глицеро-3-phosphothioethanol (С-SH) в этаноле (2 мг / мл).
    6. Выдержите смесь при 110 ° С в течение 2 ч, чтобы позволить полимерной самосборки.
    7. Медленно охладить раствор до комнатной температуры в масляной ванне. Образец может храниться при таком состоянии в течение нескольких недель.
    8. Подтвердите образование AuNP @ PSPAA с ТЕА.
      1. Чтобы подготовить образец ТЕМ, сконцентрировать AuNP @ PSPAA путем передачи 200 мкл синтезированной раствора в микроцентрифужных трубки, добавить 1,3 мл дистиллированной воды и центрифуги это при 16000 мкг в течение 15 мин.
      2. Смешайте 5 мкл аликвоты концентрированного раствора образца с 5 мкл 1% раствора молибдата аммония пятен (Примечание: пятно, используемых для образцов, содержащих PSPAA улучшить контрастность полимеров), и падение смеси на ТЭМ медной сетке. Фитиль от избыточного жидкого образца с помощью фильтровальной бумаги и сушат медную сетку в воздухе.
  2. Инкапсуляция AuNRs с PSPAA (AuNR @ PS <суб> 154 - б -PAA 49)
    1. Очищают синтезированного решение AuNR (Шаг 1.2) два раза, чтобы удалить лишнюю СТАВ. Добавьте 3 мл раствора на две AuNR микропробирок, а затем центрифуги их на 8100 мкг в течение 15 мин. После удаления надосадочной жидкости, добавляют 1,5 мл дистиллированной воды и центрифугируют еще раз, чтобы удалить надосадочную жидкость.
    2. Объедините концентрированные растворы AuNR, и добавить 160 мкл дистиллированной воды.
    3. В стеклянном флаконе, добавить раствор AuNR (~ 180 мкл) 820 мкл PS 154 - б -PAA 49 раствора (Шаг 2.1.3). Конечную смесь имеет объем 1 мл ДМФ с V / V = 4,5 H2O: 1.
    4. Добавить 40 мкл раствора 2-нафталинтиол (NPSH) в этаноле (2 мг / мл) в смеси.
    5. Выдержите смесь при 110 ° С в течение 2 ч, чтобы позволить полимерной самосборки.
    6. Медленно охладить раствор до комнатной температуры.
  3. Инкапсуляция TeNWs с PSPAA (TeNW @ PS 154- Б -PAA 49)
    1. Очищают синтезированного TeNWs (шаг 1.3), чтобы удалить лишнюю SDS. Добавьте 3 мл раствора на две TeNW микропробирок, и центрифуги их на 2900 мкг в течение 10 мин. После удаления надосадочной жидкости, добавляют 1,5 мл этанола и центрифугируют пробирки снова. Повторите эту процесс очистки раз больше (всего 3 раундов центрифугирования).
    2. Комбинат концентрированные TeNWs решения, и добавить 160 мкл дистиллированной воды.
    3. Добавить TeNWs решение (~ 180 мкл) 820 мкл PS 154 - б -PAA 49 решение (этап 2.1.3). Конечную смесь имеет объем 1 мл ДМФ с V / V = 4,5 H2O: 1.
    4. Выдержите смесь при 110 ° С в течение 2 ч.
    5. Медленно охладить раствор до комнатной температуры.
  4. Инкапсуляции углеродные нанотрубки (УНТ) с PSPAA (УНТ @ PS 154 - б -PAA 49)
    1. Смешайте 730 мкл ДМФ с 80 мкл PS 154- Б -PAA 49 раствор (Шаг 2.1.2).
    2. Дисперсные около 0,05 мг одностенных УНТ в PS 154 - б -PAA 49 раствора.
      Примечание: Это трудно измерить небольшой вес УНТ; как правило, 0,2 мг УНТ взвешивают и около ¼ образца (по оценкам объему) добавляют.
    3. Разрушать ультразвуком смесь в бане с ледяной водой в пока она не станет прозрачной темный раствор. Используйте прозрачный раствор и отбросить нерастворимый остаток УНТ.
    4. Добавить 180 мкл DI H 2 O каплям к раствору. Конечную смесь имеет объем 990 мкл ДМФ V / V = 4,5 H2O: 1.
    5. Разрушать ультразвуком при примерно 50 ° С в течение 2 ч.
    6. Медленно охладить раствор до комнатной температуры.
  5. Подготовка сферические мицеллы ПС 154 - b-ПАК 49.
    1. Добавить 80 мкл PS 154 - B -PAA 49 раствора (этап 2.1.1) до 740 μл ДМФ, а затем добавить 180 мкл воды, что делает решение V ДМФА / H2O V = 4,5: 1.
    2. Инкубируйте полимерного раствора при 110 ° С в течение 2 ч.
    3. Медленно охладить раствор до комнатной температуры.

3. Гомо-полимеризация PSPAA инкапсулированных наночастиц металлов

  1. Синтез одной линии цепей от AuNP @ PSPAA
    1. Очищают AuNP @ PSPAA.
      1. Развести 800 мкл синтезированного AuNP @ PSPAA (раздел 2.1) с 11,2 мл воды, разделить на отдельные решение микроцентрифужных пробирках (1,5 мл каждого), и центрифугируют их при 16000 х г в течение 30 мин. Провести два отдельных реакций, с помощью нм AuNPs 16 инкапсулированных в PS 154 - б -PAA 49 нм и 32 AuNPs инкапсулированные в PS 144 - б -PAA 22, как мономеров.
      2. Снимите и выбросьте супернатант, добавить 1,5 мл 0,1 мм NaOH (рН = 10) в каждую пробирку и центрифуги им AGAin при 16000 х г в течение 30 мин, чтобы удалить надосадочную жидкость.
        Примечание: Значение рН раствора NaOH для центрифугирования в процессе очистки не должна быть слишком высокой. Более высоком рН может привести к агрегации при центрифугировании, и основание остаток будет включать эффекты кислоты на стадии роста цепи, что приводит к глобулярной агрегатов.
    2. Дисперсные концентрированного AuNP @ PSPAA (объединить все трубки) в 1 мл ДМФ / Н 2 О (V ДМФ / Н2О V = 6: 1) в стеклянной пробирке, и добавить 5 мкл 1 М HCl.
      Примечание: Важно, чтобы контролировать остаток NaOH и потерю AuNP @ PSPAA на предыдущих этапах, так что количество HCl, необходимой в процессе сборки соответствует среди различных партий. Vortex реакционной смеси до инкубации, чтобы обеспечить полное перемешивание компонентов.
    3. Выдержите смесь при температуре 60 ° С в течение 2 ч, чтобы позволить агрегацию, коалесценции и морфологической трансформации CORe-оболочки наночастицы.
    4. Охладите смесь до комнатной температуры.
    5. Для гомо-полимеризации AuNR @ PS 154 - б -PAA 49 и TeNW @ PS 154 - б -PAA 49, выполните те же процедуры, в том числе процессов очистки.
      Примечание: В экспериментах, пластиковые трубки микроцентрифужных обычно используются для очистки и центрифугирования, и стеклянные флаконы используют для реакции при повышенной температуре. Наночастицы PSPAA покрытием обычно стабильны в растворах, кроме того, что при диспергировании в высокой ДМФ контента в микроцентрифужных пробирках, они прилипают к пластиковой поверхности. Чтобы избежать такой ситуации, содержание решения высокого DMF наночастиц готовятся только в стеклянных флаконах.
  2. Синтез двойной линии цепей от AuNP @ PSPAA
    1. Очищают AuNP @ PSPAA (следуя шаг 3.1.1). Только нм AuNPs 16, заключенные в PS 154 - б -PAA 49 снарядов были испытаны. Дисперсные концентрированного AuNP @ PSPAA в 1 мл ДМФА / H 2 O (V ДМФ / Н2О V = 7: 3) ​​в стеклянный флакон, и добавить 5 мкл 1 М HCl.
    2. Выдержите смесь при температуре 60 ° С в течение 2 ч.
    3. Охладите смесь до комнатной температуры.
  3. Очистка наночастиц цепей
    Примечание: в-синтезировать решения содержат продукт наночастиц цепочки, небольшие цепи / кластеры, крупные агломераты, AuNP @ мономеров PSPAA, пустые PSPAA мицеллы, DMF и избыток кислоты.
    1. Удалить пустую PSPAA мицеллы, DMF и кислоты.
      1. Развести 800 мкл синтезированного раствора с 11,2 мл 0,1 мМ раствора NaOH, разделить раствор в отдельных микроцентрифужных пробирках (1,5 мл каждого), и центрифугируют их при 16000 х г в течение 30 мин.
      2. Добавить 1,5 мл 0,1 мМ раствора NaOH, чтобы растворить концентрированные растворы, и центрифуги трубки снова при 16000 х г в течение 30 мин. Повторите этот шаг еще раз.
    2. Обогащайте AuNPsцепи
      Примечание: очищенный раствор содержит продукт наночастиц цепочки, небольшие цепи / кластеры, и AuNP @ мономеров PSPAA. Они были разделены дифференциальным центрифугированием.
      1. Центрифуга трубки на 300 мкг в течение 25 мин, чтобы изолировать и устранить большие агломераты.
      2. Собирают супернатант, центрифугировать ее при 2000 х г в течение 30 мин. Удалить супернатант, содержащий в основном мономеров и небольших торговых сетей / кластеров.
      3. Собирают нижнюю решение, разбавить его в 1,5 мл 0,1 мМ раствора NaOH, и центрифугируют при 2000 х г в течение 20 мин для удаления избытка мономеров. Повторите процесс еще раз.
        Примечание: Значение рН раствора NaOH используют в центрифугированием в всем процессе очистки не должна быть слишком высокой. Более высоком рН может привести к агрегации при центрифугировании, вызывая образование шаровых агрегатов.
  4. Трансформация однострочных наночастиц цепей дважды / цепочки тройной линии
    1. Очищают цепи однострочных(Шаг 3.3.1, без этапа обогащения).
    2. Концентрат 800 мкл очищенного раствора до ~ 20 мкл путем центрифугирования.
    3. Для преобразования в двойной линии цепи, разогнать решение в 1 мл DMF / H 2 O смесь растворителей (V ДМФ / Н2О V = 7: 3) ​​и добавить 2,5 мкл 1 М HCl, [HCl] Заключительный = 2,5 мм. Для преобразования в тройной линии цепей, использовать 1 мл DMF / H 2 O (V ДМФ / Н2О V = 3: 2) и 2,5 мМ [HCl] окончательным.
    4. Инкубируйте раствор при 70 ° С в течение 1 часа, чтобы позволить трансформацию наноструктур.
    5. Медленно охладить раствор до комнатной температуры.

4. Сотрудничество полимеризация PSPAA инкапсулированных наночастиц металлов

  1. Случайная сополимеризации 16 нм AuNP @ PS 154 - б -PAA 49 и 32 нм AuNP @ PS 144 - б -PAA 22. Процесс очень похож на этап3.1, за исключением того, что двух мономеров используются.
    1. Очищают двух типов синтезированного AuNP @ PSPAA отдельно (стадия 3.1.1).
    2. Дисперсные сосредоточено 16 нм AuNP @ PS 154 - B -PAA 49 и 32 нм AuNP @ PS 144 - B -PAA 22 в соотношении 1: 1 в 1 мл DMF / H 2 O смеси (V ДМФ / Н2О V = 6: 1).
    3. Добавьте 5 мкл 1 М HCl, [HCl] Заключительный = 5 мм.
    4. Инкубируйте раствор при 60 ° С в течение 2 ч, чтобы позволить взаимодействие сборку наночастиц.
    5. Охлаждают раствор до КТ.
  2. Случайная сополимеризации 16 нм AuNP @ PS 154 - б -PAA 49 и AuNR @ PS 154 - B -PAA 49
    1. Очищают AuNP @ PS 154 - б -PAA 49 и AuNR @ PS 154 - б -PAA 49 отдельно (этап 3.1.1).
    2. Диспергировать AuNP @ PS 154 - б -PAA 49 и AuNR @PS 154 - B -PAA 49 в соотношении 1: 1 в 1 мл DMF / H 2 O смесь (V ДМФ / Н2О V = 6: 1).
    3. Добавьте 5 мкл 1 М HCl, [HCl] Заключительный = 5 мм.
    4. Инкубируйте раствор при 60 ° С в течение 2 ч, чтобы позволить взаимодействие сборку наночастиц.
    5. Охлаждают раствор до КТ.
  3. Случайная сополимеризации 16 нм AuNP @ PS 154 - б -PAA 49 и PS 154 - B -PAA 49 мицеллы
    1. Очистка 16 нм AuNP @ PS 154 - б -PAA 49 (этап 3.1.1).
    2. Добавить концентрированный AuNP @ PS 154 - б -PAA 49 и 60 мкл сферической PS 154 - б -PAA 49 мицеллы (Шаг 2.5) в 940 мл DMF / H 2 O. В конечном растворе, V ДМФ / Н2О V = 6: 1.
    3. Добавьте 5 мкл 1 М HCl, [HCl] Заключительный = 5 мм.
      4. <Li> Инкубируйте раствор при 60 ° С в течение 1,5 ч.
    4. Охлаждают раствор до КТ.
  4. Случайная сополимеризации AuNP @ PS 154 - б -PAA 49 и PS 154 - б -PAA 49 пузырьков
    1. Выполните те же процедуры, как на стадии 4.3.1-4.3.3.
    2. Инкубируйте раствор при 60 ° С в течение 6 ч, чтобы форма преобразование PSPAA цилиндров в пузырьках.
    3. Охлаждают раствор до КТ.
  5. Блок-сополимеризация TeNWs с AuNPs
    1. Очищают 16 нм AuNP @ PS 154 - б -PAA 49 и TeNW @ PS 154 - б -PAA 49 (Шаг 3.1.1)
    2. Дисперсные в концентрированной TeNW @ PS 154 - B -PAA 49 в 1 мл ДМФА / H 2 O смеси (V ДМФ / Н2О V = 6: 1)
    3. Добавьте 2 мкл 1 М HCl.
    4. Выдержите смесь при температуре 60 ° С в течение 20 мин.
    5. Добавить сосредоточено 16 нм AuNP @ PS 154 - B -PAA 49 и 3 мкл 1 М HCl.
    6. Выдержите смесь при температуре 60 ° С в течение 2 ч.
    7. Охлаждают раствор до КТ.
    8. Для блок-сополимеризации УНТ с AuNPs, выполните те же процедуры, как на стадии 4.5.1-4.5.7 с помощью CNT @ PS 154 - б -PAA 49 (этап 2.4).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Наночастиц мономеры и цепи характеризуются ПЭМ. Рисунок 1 показывает и представитель ТЕА образы PSPAA инкапсулированные мономеров, подтверждающие морфологии и размеров (рисунок 1). Поскольку некоторые мономеры, как правило, остаются в образце после "полимеризации", образец обычно очищают и концентрируют перед использованием для ТЭМ характеристики. При подготовке образцов ПЭМ путем смешивания раствора образца с 1% молибдата аммония для того, чтобы сделать полимерную оболочку с четким отличие в ПЭМ пятно было введено. И представитель ТЕА образы "гомо-полимеров» и «сополимеров" представлены на рисунке 2 и на рисунке 3.

Фигура 1
Рисунок 1. ПЭМ мономеров.() 16 нм AuNP @ PS 154 - б -PAA 49, (Б) 32 нм AuNP @ PS 144 - б -PAA 22 (С) AuNR @ PS 154 - б -PAA 49 (D) TeNW @ PS 154 - б -PAA 49, (Е) УНТ @ PS 154 - б -PAA 49 и (F) PS 154 - б -PAA 49 мицеллы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2
. Рисунок 2. ПЭМ-изображения в "гомо-полимеров" наночастиц (A) Однострочные цепи 16 нм AuNP заключены в PS 154 - б -PAA 49, (B) однострочных цепей 32 нм AuNPs заключены в PS 144 - б -PAA 22 (C) двойной линии цепи 16 нм AuNPs инкапсулированных в PS 154 - б -PAA 49 и (D) однострочных цепей AuNR @ PS 154 - B -PAA 49. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рисунок 3. ПЭМ-изображения "сополимеров" наночастиц (A) случайные цепочки от 16 нм AuNP заключенные в PS 154 - б. -PAA 49 и 32 нм AuNP заключены в PS 144 - б -PAA 22 (B) случайной цепи 16 нм AuNP заключены в PS 154 - б -PAA 49 и AuNR @ PS 154 - б </ EM> -PAA 49, (С) случайные цепочки 16 нм AuNP заключены в PS 154 - б -PAA 49 и ПС 154 - б -PAA 49 мицеллы (D) случайные цепочки 16 нм AuNP заключены в PS 154 - б -PAA 49 и PS 154 - б -PAA 49 пузырьки, (Е) блок цепочки УНТ @ PS 154 - б -PAA 49 и 16 нм AuNP заключены в PS 154 - б -PAA 49. (F), блок цепочки TeNW @ PS 154 - б -PAA 49 и 16 нм, заключенные в AuNP PS 154 - б -PAA 49. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Механистического детали синтезов докладывались и обсуждались в предыдущих публикациях. 20,21 Здесь мы сосредоточимся на обосновании условий синтеза. Для полимеризации наночастиц, предпочтительно, чтобы наночастицы одинакового размера используются. Мы следуем процедуры литературы для получения наночастиц Au единые, 23 Au наностержней, 24 и Te нанопроводов. 25 В общем, лучше размер однородность могут быть получены, когда стадий зарождения и роста разделены. 26 После первоначального всплеска гомогенной нуклеации, все ядра растут с той же скоростью в течение тот же период, что дает наночастицы аналогичных размеров. Таким образом, размер наночастиц зависит от общего количества материала, роста и общего количества ядер, образованных на начальной стадии нуклеации.

Инкапсуляции наночастиц по PSPAA ранее докладывались и обсуждались. 27-29 вожденияСила PSPAA самосборки является фаза разделение между ПС ПАА и областей. 30,31, в полярном растворителе, PSPAA образует мицеллы, с блоками полистирола в центре и ПАА блоков, растворенных в растворителе наружу. В присутствии наночастиц, которые функционализированных гидрофобных лигандов, блоки PS может адсорбироваться на поверхности наночастиц через ван-дер-Ваальса и гидрофобных взаимодействий, образуя оболочку с мицеллярной поверхности ПАА блоков (1А-Е). При синтезе здесь, избыток PSPAA используется для достижения одного инкапсуляции наночастиц. 27 избыток полимера по-прежнему, как пустые мицеллы PSPAA (без наночастиц) после герметизации, и могут быть легко отделены центрифугированием. -SH Закончился гидрофобные лиганды (Р-SH и НП-SH) используются для визуализации поверхности AuNPs и AuNRs гидрофобный. Мы добавляем лигандов после PSPAA, чтобы минимизировать агрегацию среди гидрофобных наночастиц. Ибо TeNWs, нет поверхность лигандНеобходимо также их поверхность гидрофобной неразрывно. Соотношение растворитель (ДМФ V V H 2 O) имеет значение, с точки зрения улучшения подвижности PS доменов отеком 32 и контроль морфологии PSPAA мицелл. 33,34 повышенной температуре (60-110 ° С) используется для продвижения Динамика ассоциации / диссоциации полимерных мицелл, так что рядом условий равновесия могут быть достигнуты.

Полимеризация наночастиц цепей обусловлен тенденцией PSPAA мицеллы, чтобы превратить из сфер цилиндров. В кислоту добавляют для протонирования поверхности ПАА блоков и уменьшить их взаимное отталкивание, преобразование к цилиндрических мицелл является термодинамически выгодным с точки зрения уменьшения отношения поверхности к объему (S / V) мицелл. Соотношение V ДМФ V Н2О растворителя влияет на полимер-растворитель межфазной энергии. Домен PS с АльАуэр степень набухания является более отличается от растворителя и, таким образом, полимер-растворитель межфазной энергии выше. При синтезе, при повышенной температуре (60 ° С) используется, чтобы способствовать коалесценции PSPAA доменов после наночастиц совокупности. Высокое содержание растворителя ДМФА (DMF V: V H 2 O = 6: 1) используется для синтеза однострочных наночастиц цепи (2А, 2В, 2D), в то время как растворитель с более высоким содержанием воды (V ДМФ: H2O V = 7: 3) используется для синтеза цепей двойной линии (рис 2С).

Степень агрегации мономера зависит от их взаимного отталкивания заряда и времени реакции. Для 32 нм AuNPs, их большой размер приводит к более сильному отталкиванию зарядов (подразумевается же поверхностная плотность заряда). Добавление большего количества кислоты может привести к более обширной агрегации, но она ставит под угрозу селективность образования цепи. 20 Таким образом, полимеры с более короткимиPAA блоки (PS 144 - б -PAA 22) используются для уменьшения заряда отталкивание без ущерба для селективности (рис 2B).

Для достижения "сополимеризации" наночастиц, два типа PSPAA покрытием мономеров используют в самосборки. Когда они смешиваются перед добавлением кислоты, случайные "сополимер" цепочки будут получены (3А-В). Отношение двух типов наночастиц в результате цепи зависит, но не прямо пропорционально, начальный коэффициент концентрации мономеров. Пустые PSPAA мицеллы также могут быть использованы в качестве мономеров, давая цилиндрических сегментов полимерных наночастиц в пределах цепей (фиг.3С). Такие сегменты могут быть преобразованы в пузырьках при длительном нагревании (6 ч) при 60 ° C (рис 3D). Блок-цепи наночастиц труднее приготовить, как цепей после синтеза и очистки CANNOT быть легко повторно активирована добавлением 2 го типа мономеров. Без очистки мономеров оставалась в образце после формирования 1-й блок будет вмешиваться с ростом 2 м блоке. Мы используем УНТ и TeNWs с высоким соотношением сторон построить й блок 1, так что наночастицы могут "полимеризации" в той же реакционной смеси для роста 2-го блока (рис 3E-F).

В заключение, мы демонстрируем общий метод, чтобы подготовить PSPAA инкапсулированные наночастицы цепочек. Металлические наночастицы с различными размерами и соотношением сторон приведены агрегировать в "гомо-полимеров», которые могут управляться с одного-линии тройной линии цепей. Случайные или блок-сополимеры "" наночастиц также получают путем объединения двух типов PSPAA инкапсулированные наночастицы. Развивая эти новые пути реакции и изучения основноймеханизмы являются ступеньками в направлении рационального синтеза сложных наноустройств.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Gold(III) chloride trihydrate, ACS reagent, ≥49.0% Au basis Sigma-Aldrich G4022 HAuCl4
Sodium citrate dihydrate, 99% Alfa Aesar A12274
Sodium borohydride, ≥99% Sigma-Aldrich 71321, Fluka
Hexadecyltrimethylammonium bromide, ≥98% Sigma-Aldrich H5882 CTAB
Silver Nitrate, 99.9999% trace metals basis Sigma-Aldrich 204390
L-ascorbic acid, BioXtra, ≥99.0%, crystalline Sigma-Aldrich A5960
Tellurium dioxide, ≥99%  Sigma-Aldrich 243450
Hydrazine monohydrate, 64-65%, reagent grade, 98% Sigma-Aldrich 207942
Poly(styrene-b-acrylic acid) (PS154-PAA49) Polymer Source P4673A-SAA PS16000-PAA3500
Poly(styrene-b-acrylic acid) (PS144-PAA28) Polymer Source P4002-SAA PS15000-PAA1600
2-Naphthalenethiol, ≥99.0% (GC) Sigma-Aldrich 88910, Fluka
Sodium dodecyl sulfate, 99% Alfa Aesar A11183
single wall carbon nanotubes, 99% ultra-pure NanoIntegris PC10344a
Sodium hydroxide Sinopharm S1900136
1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphothioethanol (sodium salt) Avanti polar lipids 870160P PSH
N,N-dimethylformamide Merck SA4s640012
Ethanol, absolute Fischer E/0650DF/17
Hydrochloric acid, 37% Honey well 10189005 Dilute to 1 M before use

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Anker, J. N. Biosensing with plasmonic nanosensors. Nat Mater. 7, 442-453 (2008).
  2. Maier, S. A. Plasmonics—A Route to Nanoscale Optical Devices. Adv. Mater. 13, 1501-1505 (2001).
  3. Zhu, Z. Manipulation of Collective Optical Activity in One-Dimensional Plasmonic Assembly. ACS Nano. 6, 2326-2332 (2012).
  4. Maier, S. A. Local detection of electromagnetic energy transport below the diffraction limit in metal nanoparticle plasmon waveguides. Nat. Mater. 2, 229-232 (2003).
  5. Gong, J., Li, G., Tang, Z. Self-assembly of noble metal nanocrystals: Fabrication, optical property, and application. Nano Today. 7, 564-585 (2012).
  6. Wei, Q. H., Su, K. H., Durant, S., Zhang, X. Plasmon Resonance of Finite One-Dimensional Au Nanoparticle Chains. Nano Lett. 4, 1067-1071 (2004).
  7. Warner, M. G., Hutchison, J. E. Linear assemblies of nanoparticles electrostatically organized on DNA scaffolds. Nat Mater. 2, 272-277 (2003).
  8. DeVries, G. A. Divalent Metal Nanoparticles. Science. 315, 358-361 (2007).
  9. Kim, B. Y., Shim, I. -B., Monti, O. L. A., Pyun, J. Magnetic self-assembly of gold nanoparticle chains using dipolar core-shell colloids. Chem. Commun. 47, 890-892 (2011).
  10. Wang, L. B., Xu, L. G., Kuang, H., Xu, C. L., Kotov, N. A. Dynamic Nanoparticle Assemblies. Acc. Chem. Res. 45, 1916-1926 (2012).
  11. Tang, Z., Kotov, N. A. One-Dimensional Assemblies of Nanoparticles: Preparation, Properties, and Promise. Adv. Mater. 17, 951-962 (2005).
  12. Keng, P. Y., Shim, I., Korth, B. D., Douglas, J. F., Pyun, J. Synthesis and Self-Assembly of Polymer-Coated Ferromagnetic Nanoparticles. ACS Nano. 1, 279-292 (2007).
  13. Shim, M., Guyot-Sionnest, P. Permanent dipole moment and charges in colloidal semiconductor quantum dots. J. Chem. Phys. 111, 6955-6964 (1999).
  14. Nakata, K., Hu, Y., Uzun, O., Bakr, O., Stellacci, F. Chains of Superparamagnetic Nanoparticles. Adv. Mater. 20, 4294-4299 (2008).
  15. Tang, Z., Kotov, N. A., Giersig, M. Spontaneous Organization of Single CdTe Nanoparticles into Luminescent Nanowires. Science. 297, 237-240 (2002).
  16. Zhang, H., Wang, D. Controlling the Growth of Charged-Nanoparticle Chains through Interparticle Electrostatic Repulsion. Angew. Chem. Int. Ed. 47, 3984-3987 (2008).
  17. Yang, M. Mechanistic investigation into the spontaneous linear assembly of gold nanospheres. Phys. Chem. Chem. Phys. 12, 11850-11860 (2010).
  18. Keng, P. Y. Colloidal Polymerization of Polymer-Coated Ferromagnetic Nanoparticles into Cobalt Oxide Nanowires. ACS Nano. 3, 3143-3157 (2009).
  19. Xia, H., Su, G., Wang, D. Size-Dependent Electrostatic Chain Growth of pH-Sensitive Hairy Nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 3726-3730 (2013).
  20. Wang, H. Unconventional Chain-Growth Mode in the Assembly of Colloidal Gold Nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. 51, 8021-8025 (2012).
  21. Wang, H. Homo- and Co-polymerization of Polysytrene-block-Poly(acrylic acid)-Coated Metal Nanoparticles. ACS Nano. 8, 8063-8073 (2014).
  22. Fred Hutchinson Cancer Research Center. Electron Microscopy Procedures Manual. , Available from: http://sharedresources.fhcrc.org/training/electron-microscopy-procedures-manual (1973).
  23. Fred, G. Controlled Nucleation for Regulation of Particle-size in Monodisperse Gold Suspensions. Nature-Phys. Sci. 241, 20-22 (1973).
  24. Gole, A., Murphy, C. J. Azide-Derivatized Gold Nanorods: Functional Materials for “Click” Chemistry. Langmuir. 24, 266-272 (2007).
  25. Lin, Z. -H., Yang, Z., Chang, H. -T. Preparation of Fluorescent Tellurium Nanowires at Room Temperature. Cryst. Growth Des. 8, 351-357 (2007).
  26. Xia, Y. N., Xiong, Y. J., Lim, B., Skrabalak, S. E. Shape-Controlled Synthesis of Metal Nanocrystals. Simple Chemistry Meets Complex Physics? Angew. Chem. Int. Ed. 48, 60-103 (2009).
  27. Chen, H. Y. Encapsulation of Single Small Gold Nanoparticles by Diblock Copolymers. ChemPhysChem. 9, 388-392 (2008).
  28. Kang, Y., Taton, T. A. Controlling Shell Thickness in Core−Shell Gold Nanoparticles via Surface-Templated Adsorption of Block Copolymer Surfactants. Macromolecules. 38, 6115-6121 (2005).
  29. Kang, Y., Taton, T. A. Core/Shell Gold Nanoparticles by Self-Assembly and Crosslinking of Micellar. Block-Copolymer Shells. Angew. Chem. Int. Ed. 44, 409-412 (2005).
  30. Chen, Y., Cui, H., Li, L., Tian, Z., Tang, Z. Controlling micro-phase separation in semi-crystalline/amorphous conjugated block copolymers. Polymer Chemistry. 5, 4441-4445 (2014).
  31. Bates, F. S. Polymer-Polymer Phase Behavior. Science. 251, 898-905 (1991).
  32. Zhang, L. F., Shen, H. W., Eisenberg, A. Phase separation behavior and crew-cut micelle formation of polystyrene-b-poly(acrylic acid) copolymers in solutions. Macromolecules. 30, 1001-1011 (1997).
  33. Yu, Y., Zhang, L., Eisenberg, A. Morphogenic Effect of Solvent on Crew-Cut Aggregates of Apmphiphilic Diblock Copolymers. Macromolecules. 31, 1144-1154 (1998).
  34. Liu, C. Toroidal Micelles of Polystyrene-block-Poly(acrylic acid). Small. 7, 2721-2726 (2011).

Tags

Химия выпуск 101 наночастиц цепи самосборка инкапсуляции полимер гомо-полимеризации сополимеризации polystyrene-
Использование Polystyrene-<em&gt; Блок</em&gt; Поли (акриловая кислота) -покрытие металлических наночастиц в качестве мономеров для их гомо- и полимеризации
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wang, Y., Song, X., Wang, H., Chen,… More

Wang, Y., Song, X., Wang, H., Chen, H. Using Polystyrene-block-poly(acrylic acid)-coated Metal Nanoparticles as Monomers for Their Homo- and Co-polymerization. J. Vis. Exp. (101), e52954, doi:10.3791/52954 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter