Waiting
Login processing...

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

Chemistry

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

Protocol

Dikkat: tüm ilgili malzeme güvenlik bilgi formlarını (MSDS) danışın. Bu sentezlerde kullanılan bazı kimyasallar, aşındırıcı, zehirli ve muhtemelen kanserojen bulunmaktadır. Onların toplu meslektaşları ile karşılaştırıldığında Nanomalzemeler tanınmayan tehlikeler olabilir. (Vb, koruyucu gözlükler, eldivenler, laboratuvar mont, tam uzunlukta pantolon kapalı ayak ayakkabılar) davlumbaz ve kişisel koruyucu ekipman kullanımı dahil, reaksiyonu yaparken uygun güvenlik uygulamalarını kullanın.

Metal Nanopartiküller 1. sentezi

Not: sentezlere kullanılan tüm cam aqua regia ile yıkanır (DİKKAT: son derece asidik ve korozif, dikkatli ele almak ve yönetmelikleri takip imha), iyice durulanır, ve daha sonra 60 ° C fırında kurutulur. Metal kirlilik veya kalıntı erken çekirdeklenme ve nanoparçacık sentezi yetmezliğine yol açabilir.

  1. 16 ve 32 mil Au nanopartiküllerin sentezi (AuNPs)
    1. Hidrojenlemeyi 10 mg çözülürn, tetra (III) hidrat, bir kondansatör ve bir karıştırma çubuğu ile teçhiz edilmiş yuvarlak dipli bir reaksiyon kabı içinde deiyonize (Di) su, 100 ml (HAuCl 4 ∙ 3H 2 O).
    2. Ilgili karıştırma ile geri akışa (kaynama noktası 100 ° C) ısıtın. HAuCl 4 sarı renkli değişmeden kalır.
    3. Dİ su içinde 3 ml sodyum sitrat, 30 mg çözülmesiyle bir% 1 sodyum sitrat çözeltisi hazırlayın.
    4. Kaynama HAuCl 4 çözeltisi (1.1.2) içine% 1 sodyum sitrat çözeltisi (1.1.3) 3 ml enjekte 16 mil AuNPs sentezlemek için. Çözelti 1 dakika içinde gri döner, ve sonra yavaş yavaş kırmızıya döner.
      1. 32 mil Au NPs sentezlemek için, bunun yerine sodyum sitrat çözeltisi 1.5 mi kullanımı. Her çekirdek büyük büyümek böylece indirgeyici daha az miktarda, az kapsamlı homojen çekirdeklenme yol açar.
    5. Başka bir 30 dakika daha kaynatılarak çözelti tutun ve daha sonra, daha sonraki reaksiyonlarda kullanılmak üzere oda sıcaklığına soğumaya.
    6. Aleyhtetransmisyon elektron mikroskopisi (TEM) ile elde edilen AuNPs boyutu ve morfoloji firma.
      1. TEM numunesinin hazırlanması ilk olarak bir mikrosantrifüj tüpüne olarak sentezlenmiş çözeltisi 1.5 ml aktararak AuNPs konsantre, ve 15 dakika boyunca 16,000 x g'de santrifüj bunu için. Şeffaf Süpernatanın ayrılmasından sonra, TEM, bakır ızgara üzerine Tortu, çözelti bir 10 ul bir kısım bırakın. Bir filtre kağıdı kullanılarak fazla sıvı numune kapalı fitil ve havada bakır ızgara kurutun.
      2. Örnek emniyete, TEM tutucu içine bakır ızgara örnek yüklemek, TEM karakterizasyonu yapmak ve (cihazın tipi / markasına özgü) standart operasyon prosedürleri takip numune odasına tutucu yüklemek için. 22
  2. Au nanoçubuklar sentezi (AuNRs)
    1. Tohum çözüm hazırlayın. Kuvvetli karıştırma altında, 0.25 mM HAuCl 4 10 ml, 10 mM buzla soğutulmuş sodyum borohidrid 0.6 ml (NaBH4) ekleyin 2 O 0.1M hekzadesiltrimetilamonyum bromür (CTAB), çözelti içinde hazırlanmış ∙. 10 dakika boyunca karıştırmaya devam edin.
    2. 0.1 M CTAB 1 ml 10 mM gümüş nitrat 95 ml ilave edilir (AgNO 3), 200 ml'lik bir konik şişe içine 10 mM HAuCl sırayla 4 ∙ 3H 2 O 5 mi.
    3. Solüsyonuna 0.1 M L-askorbik asit, 0.55 ml ilave edilir, ve çözelti homojen hale getirilmesi için hafifçe çalkalanır.
    4. Hemen tohum çözeltisi (Aşama 1.2.1) 0.12 ml ekleyin. Hafif sallama ile çözüm karıştırın ve rahatsız O / N (14-16 saat) bırakın.
  3. T -te nanotellerinin sentezi (TeNWs)
    1. Dİ su 9 ml saf N 2H 4 · H2O, 1 ml karıştırılarak K 2H 4 çözeltisi, 10 ml hazırlayın.
    2. Sabit karıştırma altında oda sıcaklığında bir çanak içinde N2 lH 4 çözeltisi (Aşama 1.3.1) 2 toz yavaş yavaş teo 16 mg ekleyin. Yaklaşık 10 dakika, toz tamamen erir. soluyon t -te nanotellerinin oluşumunu gösteren mavi nihayetinde mor, kehribar renksiz değiştirmek ve olacaktır.
    3. Reaksiyonu sonlandırmak için çözelti sodyum dodesilsülfat (10 mM) ile, 10 kez seyreltilir. çözeltinin mavi renk seyreltme sonrasında daha az yoğun hale gelir.

PSPAA Encapsulated metal Nanopartiküller 2. N- (monomerler)

Not: Aşağıda, kesin miktarlar son DMF / su çözücü karışımı kesin bir oranını elde etmek için kullanılır. Santrifüjleme ve yüzer ekstraksiyonundan sonra tortu, hacmi her zaman farklı olduğu için, yaklaşık pipetle Tortu hacmini ölçmek ve son solüsyonlar yapmak üzere DMF / su eklenirken bu birim için telafi eder. Solvent oranının küçük varyasyonları genellikle bir sorun değildir.

  1. PSPAA sahip AuNPs (d, Au = 16 nm, 32 nm) kapsüllemek (AuNP PSPAA @)
    1. AuNP saflaştırılmasıÇözelti. 15 dakika boyunca 16,000 x g'de iki mikrosantrifüj tüpleri (1.5 mL) ekstrakte edildi, santrifüj olarak sentezlenmiş AuNP çözeltisi (Aşama 1.1) 3 ml ilave edilir ve supernatant çıkarın. Dİ su ile 160 ul konsantre çözelti (~ 20 ul) ile seyreltilir.
    2. 1 ml DMF içinde (b -PAA 22 - - b -PAA 49 veya PS 144 PS 154) PSPAA 8 mg çözülmesiyle PSPAA stok çözelti hazırlayın.
    3. B -PAA 49 stok solüsyonu - PS 154 80 ul DMF 740 ul karıştırılarak bir PSPAA çözüm hazırlayın. PS 144 AuNPs kapsüllenmesinde - b -PAA 22 stok solüsyonu - b -PAA 22 kabukları, PS 144 80 ul kullanın.
    4. Cam bir şişe içinde, PSPAA çözeltisi (Aşama 2.1.3) 820 ul AuNPs (~ 180 ul çözelti, aşama 2.1.1) ekleyin. Nihai karışım, V, DMF / V H2O = 4.5 ile 1 ml'lik bir hacme sahip: 1 arasındadır.
    5. 40 ul ekleetanol, 1,2-dipalmitoyl- sn -glisero-3-phosphothioethanol (P-SH) (2 mg / ml) çözelti,.
    6. Polimer kendini montaj sağlamak için 2 saat boyunca 110 ° C de inkübe karışımı.
    7. Yavaş yavaş yağ banyosunda oda sıcaklığına kadar çözelti soğutulur. Örnek hafta boyunca bu durumda saklanabilir.
    8. TEM ile AuNP @ PSPAA oluşumunu onaylayın.
      1. 15 dakika boyunca DI su ve santrifüj olarak 1.3 ml xg 16.000 ekleme, bir mikrosantrifüj tüpüne olarak sentezlenmiş çözeltisi 200 ul aktararak AuNP @ PSPAA konsantre TEM numunesinin hazırlanması için.
      2. (Not: leke polimerlerin kontrastı arttırmak için PSPAA ihtiva eden numuneler için kullanılan)% 1 amonyum molibdat leke çözeltisi 5 ul konsantre Örnek solüsyondan bir 5 ul alikot karışımı ve bir TEM bakır ızgara üzerine karışımı bırakın. Bir filtre kağıdı kullanılarak fazla sıvı numune kapalı fitil ve havada bakır ızgara kurutun.
  2. PSPAA (AuNR @ PS <ile AuNRs saklanmasısub> 154 - b -PAA 49)
    1. Aşırı CTAB kaldırmak için iki kez (1.2 Adım) olarak sentezlenmiş AuNR çözüm arındırın. Mikrosantrfuj tübüne AuNR çözeltisi 3 ml ilave edilir, ve daha sonra 15 dakika boyunca 8100 x g'de santrifüj. Süpernatanın ayrılmasından sonra, süpernatan tekrar DI su ve santrifüj 1.5 ml ekleyin.
    2. Konsantre AuNR çözümleri birleştirin ve DI su 160 ul ekleyin.
    3. B -PAA 49 çözeltisi (Aşama 2.1.3) - Cam bir şişe içinde, PS 154 820 ul AuNR çözeltisi (~ 180 | il) ilave edin. Nihai karışım, V, DMF / V H2O = 4.5 ile 1 ml'lik bir hacme sahip: 1 arasındadır.
    4. Karışıma, etanol içinde bir 2-naftolden (NPSH) (2 mg / ml) 40 ul çözeltisi ekleyin.
    5. Polimer kendini montaj sağlamak için 2 saat boyunca 110 ° C de inkübe karışımı.
    6. Yavaşça oda sıcaklığına soğumaya çözeltisi.
  3. PSPAA (TeNW @ PS 154 ile TeNWs saklanması- B -PAA 49)
    1. Aşırı SDS kaldırmak için sentezlenmiş TeNWs (adım 1.3) saflaştınlır. Mikrosantrfuj tübüne TeNW çözeltisi 3 ml ilave edilir ve 10 dakika boyunca 2900 x g'de santrifüj. Süpernatanın ayrılmasından sonra, etanol içinde 1,5 ml ilave edilir ve daha tüpler santrifüj. Bu arıtma işlemi bir kez daha (santrifüj toplam 3 mermi) tekrarlayın.
    2. Konsantre TeNWs çözümleri birleştirin ve DI su 160 ul ekleyin.
    3. B -PAA 49 solüsyon (Adım 2.1.3) - PS 820 ul 154 TeNWs çözüm (~ 180 ul) ekleyin. Nihai karışım, V, DMF / V H2O = 4.5 ile 1 ml'lik bir hacme sahip: 1 arasındadır.
    4. 2 saat boyunca 110 ° C de inkübe karışımı.
    5. Yavaşça oda sıcaklığına soğumaya çözeltisi.
  4. PSPAA ile encapsulate karbon nanotüpler (CNT) (CNT @ PS 154 - b -PAA 49)
    1. PS 154 80 ul 730 ul DMF karıştırın- B -PAA 49 stok solüsyonu (Adım 2.1.2).
    2. B -PAA 49 çözüm - PS 154 içine tek duvarlı CNTs yaklaşık 0.05 mg dağıtılır.
      Not: CNTs küçük ağırlığını ölçmek zordur; Genellikle CNTs 0.2 mg tartılır ve yaklaşık dörtte (tahmin edilen hacme göre) örnek ilave edilir.
    3. Saydam koyu renkli çözelti haline gelene kadar bir buz-su banyosu içinde karışımın sonikasyon. Berrak bir solüsyon kullanın ve çözünmeyen kalıntı CNT atın.
    4. Çözüm 2 O damla damla DI H 180 ul ekleyin. Nihai karışım, V, DMF / V H2O = 4.5 ile 990 ul bir hacme sahiptir: 1 arasındadır.
    5. 2 saat için yaklaşık 50 ° C'da, çözelti sonikasyon.
    6. Yavaşça oda sıcaklığına soğumaya çözeltisi.
  5. B- PAA 49 - PS 154 küresel miseller hazırlayın.
    1. 740 μ b -PAA 49 stok solüsyonu (Adım 2.1.1) - PS 154 80 ul ekleyinDMF içinde çözünmüş, daha sonra V DMF / V H2O = 4.5 ihtiva eden bir çözelti yapmak, 180 ul su ilave: 1 arasındadır.
    2. 2 saat süre ile 110 ° C'de polimer çözeltisinin inkübe edin.
    3. Yavaşça oda sıcaklığına soğumaya çözeltisi.

PSPAA Encapsulated Metal Nanopartiküller 3. Homo-polimerizasyon

  1. AuNP @ PSPAA gelen tek satır zincirlerinin sentezi
    1. AuNP @ PSPAA saflaştınlır.
      1. Su, 11.2 ml gibi sentezlenmiş AuNP @ PSPAA (Bölüm 2.1) ve 800 ul seyreltik bağımsız mikrosantrifüj tüpleri içine çözeltisi (1.5 mL) ekstrakte edildi bölmek, ve 30 dakika boyunca 16,000 x g'de santrifüj. B -PAA 49 ve PS 144 kapsüllü 32 nm AuNPs - - monomerler b -PAA 22 PS 154 kapsüllü 16 nm AuNPs kullanarak, iki ayrı reaksiyonlar yürütmek.
      2. Süpernatantı çıkarın ve atın, 1.5 ml 0.1 mM NaOH (pH = 10) her tüp eklemek ve onları ag santrifüj30 dakika boyunca 16.000 xg'de ain süpernatant kaldırmak için.
        Not: saflaştırma işleminde santrifüj kullanılan NaOH pH çok yüksek olmamalıdır. Daha yüksek pH santrifüj sırasında agregasyona yol açacak ve tortu, baz agrega globüler yol zincir büyümesi aşamasında asit etkilerini ihtiva edecektir.
    2. 1 ml DMF içinde konsantre AuNP @ PSPAA (tüm tüpler kombine) Disperse / H2O (V DMF / V H2O = 6: 1) bir cam şişe içinde, 1 M HCI 5 ul ekle.
      Not: montaj işlemi gerekli HCI miktarı, farklı gruplar arasında tutarlı olduğu, böylece, daha önceki adımlarda AuNP @ PSPAA artığını NaOH ve kaybını kontrol etmek önemlidir. Bileşenlerin tam karışımını sağlamak için inkübasyondan önce, reaksiyon karışımı karıştırın.
    3. Co agregasyonunu, kaynaşmasını, ve morfolojik dönüşümünü sağlamak için 2 saat boyunca 60 ° C'de inkübe karışımıyeniden kabuk nanopartiküller.
    4. Oda sıcaklığına soğutun.
    5. B -PAA 49 ve TeNW @ PS 154 - - AuNR @ PS 154 homo-polimerizasyonu için b -PAA 49, arıtma süreçleri de dahil olmak üzere, aynı prosedürleri uygulayın.
      Not: deneylerde, plastik mikrosantrifüj tüpleri tipik olarak saflaştırma ve santrifüj kullanılmaktadır, ve cam şişeler yüksek bir sıcaklıkta reaksiyonlar için kullanılmaktadır. Mikrosantrifüj tüpler yüksek DMF içerik çözeltide dağılmış zaman PSPAA kaplı nanopartiküller dışında çözümler genellikle kararlı, onlar plastik yüzeye sopa olacak. Bu durumu önlemek için, nanopartiküllerinin yüksek DMF içeriği çözümler yalnızca cam şişeler içinde hazırlandı.
  2. AuNP @ PSPAA gelen çift hat zincirlerinin sentezi
    1. (Adım 3.1.1 takip ederek) AuNP @ PSPAA arındırın. PS 154 kapsüllü Sadece 16 nm AuNPs - b -PAA 49 kabukları test edilmiştir. 1 ml DMF içinde konsantre AuNP @ PSPAA Dispers / H2O (V DMF / V H2O = 7: 3) ​​bir cam şişe içinde, 1 M HCI 5 ul ekle.
    2. 2 saat süre ile 60 ° C'de inkübe karışımı.
    3. Oda sıcaklığına soğutun.
  3. Nanoparçacık zincirlerinin saflaştırılması
    Not: as-sentez çözümleri ürün nanoparçacık zincirleri, küçük zincirleri / kümeler, büyük topaklar, AuNP @ PSPAA monomerler, boş PSPAA miselleri, DMF ve aşırı asit içerirler.
    1. Boş PSPAA miseller, DMF ve asit çıkartın.
      1. Bireysel mikrosantrifüj tüpleri içine çözeltisi (1.5 mL) ekstrakte edildi bölmek, 0.1 mM NaOH içinde 11.2 ml gibi sentezlenmiş çözeltisi 800 ul seyreltilir ve 30 dakika boyunca 16,000 x g'de santrifüj.
      2. 30 dakika boyunca 16,000 x g hızında tekrar tüpler konsantre seyreltik çözeltiler için 0.1 mM NaOH, 1.5 ml ilave edilir, ve santrifüjlenir. Bir kez daha bu adımı yineleyin.
    2. AuNPs zenginleştirinzincirler
      Not: Saflaştırılmış solüsyon ürünü nanopartikül zincirleri küçük zincirler / kümeleri ve AuNP @ PSPAA monomerleri içerir. Bu diferansiyel santrifüjleme ile ayrılmıştır.
      1. Izole edilmesi ve büyük topakların çıkarmak için 25 dakika boyunca 300 x g'de tüp santrifüjleyin.
      2. 30 dakika boyunca 2.000 xg'de bunu santrifüj, süpernatant toplayın. Çoğunlukla monomerleri ve küçük zincirleri / kümeleri içeren süpernatantı.
      3. 20 dakika fazla monomerlerin kaldırmak için 2.000 xg'de 1.5 0.1 mM NaOH ml ve santrifüj onu sulandırmak, alt çözüm toplayın. Bir kez daha bu işlemi tekrarlayın.
        Not: Tüm saflaştırma işleminde santrifüj kullanılan NaOH pH çok yüksek olmamalıdır. Daha yüksek pH küresel agregatların oluşumunu neden santrifüj sırasında kümelenmesine yol açar.
  4. Tek hat nanoparçacık zincirlerinin Dönüşüm / üçlü hat zincirleri da çift için
    1. Tek hat zincirleri arındırın(Zenginleştirici aşaması olmadan adım 3.3.1).
    2. Santrifüj ile ~ 20 ul saflaştırılmış çözeltinin 800 ul konsantre edilir.
    3. Çift hat zincirlerine dönüştürmek için, DMF / H, 1 ml çözelti dispers 2 O kanşım bir çözücü (V DMF / V H2O = 7: 3) ​​ve 1 M HCI 2.5 ul [HCI] Nihai = 2.5 mM ekleyin. DMF / H2O 1 ml kullanımı, üç hat zincirlerine dönüştürmek için (V, DMF / V H2O = 3: 2) ve 2.5 mM [HCI] Nihai.
    4. Nano-dönüşümünü sağlamak için 1 saat boyunca 70 ° C'da, çözelti inkübe edin.
    5. Yavaşça oda sıcaklığına soğumaya çözeltisi.

PSPAA Encapsulated Metal Nanopartiküller 4. Eş-polimerizasyon

  1. B -PAA 49 ve 32 nm AuNP PS 144 @ - - b -PAA 22 PS 154 @ 16 nm AuNP Rastgele ko-polimerleşme. işlem aşaması için çok benzer olduğunuBu iki monomer haricinde 3.1 kullanılmaktadır.
    1. Ayrı olarak sentezlenmiş AuNP @ PSPAA (Adım 3.1.1) iki tür arındırın.
    2. Disperse konsantre edildi 16 mil AuNP @ PS 154 - Yatak -PAA 49 ve 32 mil AuNP PS 144 @ - Yatak -PAA 22, 1: 1 oranında içine DMF / H2O karışımı 1 ml (V DMF / V H2O = 6: 1).
    3. 1 M HCI 5 ul [HCI] Nihai = 5 mM ekleyin.
    4. Nanopartiküllerin ko-montaj sağlamak için 2 saat boyunca 60 ° C'da, çözelti inkübe edin.
    5. Oda sıcaklığına kadar çözelti soğutulur.
  2. B -PAA 49 ve AuNR @ PS 154 - - b -PAA 49 PS 154 @ 16 nm AuNP Rastgele ko-polimerizasyon
    1. B -PAA 49 ve AuNR @ PS 154 - - b -PAA 49 ayrı (Adım 3.1.1) AuNP @ PS 154 arındırın.
    2. AuNP @ PS 154 Dağılın - b -PAA 49 ve AuNR @PS 154 - Yatak -PAA 49, 1: DMF / H 1 ml 1 oranında 2 O karışımı (V DMF / V H2O = 6: 1).
    3. 1 M HCI 5 ul [HCI] Nihai = 5 mM ekleyin.
    4. Nanopartiküllerin ko-montaj sağlamak için 2 saat boyunca 60 ° C'da, çözelti inkübe edin.
    5. Oda sıcaklığına kadar çözelti soğutulur.
  3. B -PAA 49 PS 154 - - b -PAA 49 miseller PS 154 @ 16 nm AuNP Rastgele ko-polimerizasyon
    1. B -PAA 49 (Aşama 3.1.1) - 16 nm AuNP @ PS 154 saflaştırılması.
    2. Konsantre AuNP @ PS ekle 154 - b -PAA 49 ve küresel PS 60 ul 154 - b -PAA 49 misel (Adım 2.5) DMF / H 2 O 940 ml Nihai çözüm olarak, V DMF / V H2O = 6: 1.
    3. 1 M HCI 5 ul [HCI] Nihai = 5 mM ekleyin.
      4. <li> 1.5 saat boyunca 60 ° C'da, çözelti inkübe edin.
    4. Oda sıcaklığına kadar çözelti soğutulur.
  4. B -PAA 49 PS 154 - - AuNP @ PS Rastgele ko-polimerizasyon 154 b -PAA 49 kesecikler
    1. Adım 4.3.1-4.3.3 aynı prosedürleri uygulayın.
    2. Veziküllere PSPAA silindir şekli dönüşümü sağlamak için, 6 saat boyunca 60 ° C'da, çözelti inkübe edin.
    3. Oda sıcaklığına kadar çözelti soğutulur.
  5. AuNPs ile TeNWs Blok-kopolimerizasyonu
    1. Arındırın 16 nm AuNP PS 154 @ - b -PAA 49 ve TeNW @ PS 154 - b -PAA 49 (Adım 3.1.1)
    2. Konsantre TeNW @ PS 154 Disperse - 1 ml DMF / H2O karışımı içinde oda -PAA 49 (V DMF / V H2O = 6: 1)
    3. 1 M HCI 2 ul ekle.
    4. 20 dakika boyunca 60 ° C'de inkübe karışımı.
    5. Konsantre edildi 16 mil AuNP P @ eklemeS 154 - B -PAA 49 ve 1 M HCI 3 ul.
    6. 2 saat süre ile 60 ° C'de inkübe karışımı.
    7. Oda sıcaklığına kadar çözelti soğutulur.
    8. B -PAA 49 (2.4 Adım) - AuNPs ile CNTs blok kopolimerizasyona için, CNT @ PS 154 ile Adım 4.5.1-4.5.7 aynı prosedürleri izleyin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

nanoparçacık monomerler ve zincirler TEM ile karakterize edilir. 1 morfolojileri ve boyutları (Şekil 1) teyit PSPAA kapsüllenmiş monomerlerin temsili TEM görüntüleri göstermektedir. Bazı monomerler, tipik olarak "polimerizasyon" sonra, numune içinde kalması gibi, örnek genellikle saflaştınldı ve TEM karakterizasyon için kullanılmadan önce konsantre edilir. Leke TEM görüntüleri açık kontrast bir polimer kabuk oluşturmak için,% 1 amonyum molibdat ile örnek çözeltisi karıştırılarak TEM numunelerin hazırlanması sırasında tanıtıldı. "homo-polimerlerin" ve "ko-polimer" temsili TEM görüntüleri, Şekil 2 ve Şekil 3'te sunulmuştur.

Şekil 1
Monomerlerin Şekil 1. TEM görüntüleri.(A), 16 mil AuNP @ PS 154 - Yatak -PAA 49, (B), 32 mil AuNP PS @ 144 - Yatak -PAA 22, (C) AuNR PS @ 154 - Yatak -PAA 49, (D) TeNW @ PS 154 - b -PAA 49, (E) CNT @ PS 154 - b -PAA 49 ve (F) PS 154 - b -PAA 49 miseller. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 2,
B. -PAA 49, (B) 3 tek hat zincirlerinin - nanoparçacıkların "homo-polimerlerin" Şekil 2. TEM görüntüleri (A) 16 nm Tek satırlı zincirleri AuNP PS 154 kapsüllüB -PAA 22, (C) PS 154 kapsüllü 16 nm AuNPs çift hat zincirleri - - b -PAA 49 ve (D) AuNR @ PS 154 tek hat zincirleri - b -PAA 2 nm AuNPs PS 144 kapsüllü 49. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Nanopartiküllerin "ko-polimer" Şekil 3. TEM görüntüleri (A), 16 nm rastgele zincirleri AuNP PS 154 içinde kapsüllenmiş - b. -PAA 49 ve 32 nm AuNP PS 144 içinde kapsüllenmiş - Yatak -PAA 22, (B), rastgele b -PAA 49 ve AuNR @ PS 154 - - 16 nm zincirleri AuNP PS 154 kapsüllü b <B -PAA 49 PS 154 - - / em> -PAA 49 (C), 16 nm rastgele zincirleri AuNP PS 154 içinde kapsüllenmiş b -PAA 49 miseller, (D) 16 nm rastgele zincirleri AuNP PS 154 içinde kapsüllenmiş - Yatak -PAA 49 PS 154 - CNT b -PAA 49 kesecikler, (E) blok zincirleri @ PS 154 - b -PAA 49 - b -PAA 49 ve 16 nm AuNP PS 154 kapsüllü. (F) TeNW @ PS 154 blok zincirleri - b -PAA 49 ve 16 nm AuNP PS 154 kapsüllü - b -PAA 49. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

sentezlerin mekanik detayları bildirilen daha önceki yayınlarda tartışılmıştır. 20,21 Burada sentetik koşullar gerekçesi odaklanır. Nanopartiküllerin polimerizasyonu için, muntazam boyutlu nanopartiküllerin kullanılması tercih edilir. Bu homojen Au nano-tanecikleri, 23 Au nanoçubuklar, 24 Te nanotelleri. Genel olarak 25, daha iyi bir boyut düzgünlüğü homojen nükleasyon ilk patlama sonra çekirdeklenme ve büyüme aşamaları ayrıldığında. Elde edilen 26 edilebilir elde etmek üzere literatür prosedürleri takip tüm çekirdekler benzer büyüklükte nanopartiküller veren, aynı süre için aynı hızda büyür. Bu nedenle, nanopartiküllerin büyüklüğü büyümesi malzemesi ve ilk çekirdeklenme safhasında oluşan çekirdeklerin sayısı toplam miktarına bağlıdır.

PSPAA tarafından nanopartiküllerin kapsülleme daha önce bildirilen ve tartışılmıştır. 27-29 sürüşPSPAA kendini montaj kuvveti polar bir çözücü içinde faz, PS ve PAA etki alanları arasındaki ayrışma. 30,31 olup, PSPAA dışarıya doğru bakan bir çözücü içinde çözülmüş merkezi PS blokları ve PAA blokları, miseller oluşturur. Hidrofobik ligandlar ile işlevselleştirilmiş olan nanoparçacıkların varlığında, PS blok yüzeyi PAA blokları (Şekil 1A-D) ile, bir misel kabuk oluşturan, van der Waals ve hidrofobik etkileşimler yoluyla nanopartikül yüzey üzerine adsorbe olabilir. Burada sentezi, aşırı PSPAA nanopartiküllerinin tek kapsülleme elde etmek için kullanılır. 27, fazla polimer, kapsülleme sonra (nanopartiküller) olmadan boş PSPAA miseller kalır ve kolaylıkla santrifüjleme ile ayrılabilmektedir. -SH Hidrofobik ligandlar (P-SH ve Np-SH) AuNPs ve AuNRs, hidrofobik yüzeyini işlemek için kullanılır sona erdi. Bu hidrofobik nanopartikuller arasında toplanmasını en aza indirmek için PSPAA sonra ligandlar ekleyin. TeNWs için, hiçbir yüzey ligandyüzey aslen hidrofobik olarak gereklidir. Çözücü oranı, (V DMF V H2O) 32 şişme ve PSPAA misellerin morfolojisini kontrol PS etki hareketliliğini artırmak açısından önem taşımaktadır. 33,34, yükseltilmiş sıcaklıkta (60-110 ° C) teşvik etmek için kullanılır yakın denge koşulları elde edilebilir ve böylece polimer misellerin dernek / ayrışma dinamikleri.

nanoparçacık zincirlerinin polimerizasyon silindirlere kürelerden dönüştürmek için PSPAA misellerinin eğilimi ile tahrik edilir. Asit yüzey PAA blok protonlanması ve bunların karşılıklı itme azaltmak için ilave edildiği gibi, silindir şeklindeki miseller yönelik transformasyon misellerinin yüzey-hacim oranı (S / V) azaltılması açısından termodinamik tercih edilir. V DMF V H2O çözgen oranı, bir polimer-solvent ara yüzey enerjisini etkiler. Al PS alanışişme ower derecesi çözücü ve böylece polimer-çözücü arayüzey enerji yüksektir daha farklı olduğunu. Sentezde, yükseltilmiş sıcaklık (60 ° C) nanopartiküllerin agrega sonra PSPAA etki kaynaşmasını teşvik etmek için kullanılır. Yüksek DMF içeriği bir çözücü (V DMF: H-H2O = 6: 1), tek-hat nanopartikül zincirleri sentezi için kullanılır (Şekil 2A, 2B, 2D), daha yüksek bir su içeriğine sahip bir çözücü, oysa (V DMF: H H2O = 7: 3) çift ​​hat zinciri (Şekil 2C) sentezi için kullanılır.

Monomer toplanmasının ölçüde karşılıklı yük itici ve reaksiyon süresine bağlıdır. 32 mil AuNPs için, bunların büyük boyutlu güçlü yük itici (aynı yüzey yük yoğunluğu varsayılarak) yol açar. Daha fazla asit ilavesi daha kapsamlı toplama yol açabilir ama bu zincir oluşumu seçiciliğini ödün. 20 Böylece polimerler kısa olanPAA blokları (PS 144 - b -PAA 22) seçicilik (Şekil 2B) ödün vermeden şarj itme azaltmak için kullanılır.

Nanopartiküllerin "ko-polimerizasyonun" elde etmek için, PSPAA kaplı monomerlerin iki tür kendinden-montaj kullanılmaktadır. Bir asit ilave edilmeden önce karıştırıldığında, rastgele "kopolimer" zincirler (Şekil 3A-B) elde edilir. Elde edilen zincirlerinde nanopartiküllerin iki tip oranı bağlıdır, ancak monomer başlangıç ​​konsantrasyonu oranı, direkt olarak orantılı değildir. Boş PSPAA misellerin nanoparçacık zincirden (Şekil 3C) olan silindirik bir polimer segmentleri veren, monomer olarak kullanılabilir. Bu gibi segmentler, 60 ° C'de (Şekil 3D) ile uzun süreli ısıtma ile (6 saat) sonra veziküller dönüştürülebilmektedir. Nanopartiküllerin Blok zincirleri Sentez ve saflaştırma c sonra zincirler olarak hazırlamak için daha zordurAnnot kolayca monomer 2. Çeşidi eklenmesi için yeniden aktif hale. Saflaştırılmadan monomerler 2. bloğunun büyümesine müdahale ederek 1. blok oluşturulduktan sonra numunede kalmıştır. Bu nanopartikülleri 2. bloğu (Şekil 3E-F) için de aynı reaksiyon karışımı içinde bulunan "polimerize", böylece, 1. blok oluşturmak için yüksek bir görünüm oranı ile CNT ve TeNWs kullanımı.

Sonuç olarak, PSPAA kapsüllenmiş nanopartiküller zincirleri hazırlamak için genel bir yöntem gösterir. Farklı boyut ve boy oranları Metal nanopartiküller üç satır zincirlerine tek hattan kontrol edilebilir "homo-polimerler", içine agrega gösterilir. Nanopartiküllerin rastgele ya da blok "kopolimerleri" de PSPAA kapsüllenmiş nanopartiküller iki tür birleştirilmesi ile hazırlanır. Bu yeni reaksiyon yolları geliştirilmesi ve altta yatan keşfetmekmekanizmalar karmaşık nanocihazların rasyonel sentez yolunda adım taşlardır.

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

Kimya Sayı 101 Nanoparçacık zincir kendini montaj kapsülleme polimer homo-polimerizasyon ko-polimerizasyon polistiren
Polistiren kullanma<em&gt; Bloğu</em&gt; -poli (Akrilik asit) Bunların homo- ve ko-polimerizasyon için monomer olarak metal Nanopartiküller -kaplı
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