Introduction
أنابيب الكربون النانوية (الأنابيب النانوية الكربونية) هي جوفاء النانوية أسطواني شكلت من قبل المتداول ورقة الجرافيت ميكرومتر النطاق في الأنابيب النانوية. بسبب الخواص الميكانيكية والحرارية، والكهربائية غير عادية، وتم التحقيق فيها الأنابيب النانوية الكربونية على نطاق واسع باعتباره مرشحا جديدا لالنانوية وظيفية في التطبيقات العلاجية والاستشعار الحيوي وكذلك نانو الحشو في المواد بمركب متناهي في الصغر الذاتي تجميعها 1-3 ومع ذلك، من الفقراء الذوبان وتفضيل قوي نحو جعل حزم في المذيبات العضوية والمائية التي يشيع استخدامها تعيق معالجة سهلة وصديقة للبيئة، فضلا عن التقدم في التطبيقات البيولوجية. لذلك، ومجموعة متنوعة من أساليب functionalization، مثل فائقة صوتنة، تعديل سطح الكيميائية، وfunctionalization غير التساهمية باستخدام السطحي وبوليمرات كتلة، 4-9 وقد وضعت لتعديل السطوح أنابيب الكربون النانوية وتحسين تشتت في مجموعة واسعة من المذيبات. functiona غير التساهميةطرق lization استنادا المعالجات السطحية المادية، على وجه الخصوص، تعتبر استراتيجية واعدة وقوية، لأن أي الناجم عن قمع سطح التعديل في خصائص CNT الجوهرية يمكن التقليل من 10 وحتى الآن، كان هناك العديد من الجهود لتحسين كفاءة تشتت أساليب functionalization غير التساهمية عن طريق استخدام أنواع مختلفة من وكلاء والتشتت بما السطحي الأساسية (على سبيل المثال، SDS، CTAB، NaDDBS)، 7،11 بوليمرات كتلة محبة للجهتين 8 المواد الحيوية (مثل DNA)، 12،13 والبوليمرات وظيفية الاصطناعية (على سبيل المثال، مترافق البوليمر، البوليمر العطرية). 14،15
البوليمرات سلاسل في كل بيو-PPO-بيو، وهو نوع من البوليمرات triblock تتكون من اثنين من بولي ماء (أكسيد الاثيلين) (بيو) وينتهي ملزمة تساهميا إلى بولي مسعور واحد (أكسيد البروبيلين) (PPO) سلسلة في المركز، ويمكن تمديد القدرة تطبيق الأنابيب النانوية الكربونية غير تساهمي functionalized طن محلول مائي. وتوفر هذه البوليمرات واجهة، والتي هي صديقة ليس فقط على السطوح أنابيب الكربون النانوية ولكن أيضا إلى وسائل الإعلام المائية وغيرها من المصفوفات البوليمر ويسلك توافق مع الحياة هائلا نظرا لسمية الحد الأدنى للسلاسل بيو. هذا يسهل أسهل معالجة في مجموعة واسعة من البيئات تفريق فضلا عن استخدام الأنابيب النانوية الكربونية المغلفة البوليمر في التطبيقات الطبية الحيوية. 12،16-17 وعلاوة على ذلك، سلوك المرحلة الحرارية الغنية من هذه البوليمرات استنادا إلى الردود حساسة لمؤثرات الخارجية تمكن تلفيق الذكية النانو الهجين كتلة كوبوليمر-CNT التي داخل والهياكل بين الجسيمات يمكن السيطرة عكسية وعلى وجه التحديد 18-21 هنا، نقدم بروتوكول لتصنيع جسيمات النانو المختلطة على أساس CNT-مع طبقة التغليف الانضباطي لل PEO105-PPO70-PEO105 (بولوكسامير 407). يتميز الهيكل الناجم عن زاوية صغيرة تشتت النيوترونات (SANS). ومن المتوقع أن introduc هذا العملالبريد مفهوم اللبنات ظيفي الذكية ومساعدة غير المتخصصين بسهولة إعداد functionalized كوبوليمر كتلة تعليق المركز الوطني للاستشعار وSANS استخدام لتوصيف مفصل في مختبر أوك ريدج الوطني.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ملاحظة: هذا البروتوكول يتطلب عناية خاصة في التعامل مع المواد النانوية. كما تم شراؤها الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWNTs) موجودة في شكل مسحوق ناعم، وبالتالي، ينبغي أن تعتبر مواد نانو الخطرة قبل تفريقهم في المحاليل المائية. الرجاء استخدام معدات السلامة المناسبة الموضحة في بيانات سلامة المواد (MSDS).
1. إعداد بولوكسامير 407 / SWNT مائي المعلقات
ملاحظة: المضي قدما في كافة الإجراءات وإعداد العينات في درجة حرارة أقل من درجة حرارة micellization الحرجة (CMT) من بوليمرات كتلة المستخدمة. أعدت بولوكسامير 407 عينات / SWNT عند 20 درجة مئوية، تحت CMT من بولوكسامير 407 (30 درجة مئوية). 21
- إعداد بولوكسامير 407 المحاليل المائية (0.25٪ ث / ث)
- تماما حل 0.175 غرام من بولوكسامير 407 المسحوق في 70 ز D 2 O.
ملاحظة: D 2 O يستخدم لSANSقياسات. 70 ز D 2 O ما يقرب من 63.2 مل في درجة حرارة الغرفة. لأغراض أخرى، H 2 O ينصح باستخدامه.
- تماما حل 0.175 غرام من بولوكسامير 407 المسحوق في 70 ز D 2 O.
- إعداد بولوكسامير الخام 407 تعليق / SWNT
- إضافة 0.01 غرام من مسحوق SWNT لمدة 50 مل أنابيب الطرد المركزي المخروطية (أنبوب 1 و 2 أنبوب) على حدة.
- إضافة 31.6 مل من محلول بولوكسامير 407 (1.1.1)، في أنبوب 1 و 31.6 مل من محلول المتبقي في الأنبوب 2.
- خلط تعليق في الأنبوب 1 و 2 من دوامة خلط لمدة 5-10 دقائق.
- وضع أنبوب 1 في حمام مائي. تحديد موقف أنبوب آمن. (الشكل 1) تراجع أنبوب حتى تصل إلى واجهة نظام التعليق الهوائي على سطح الماء في الحمام.
- تراجع غيض من ultrasonicator إلى تعليق أنبوب 1. زيادة قوة صوتنة تدريجيا من 0٪ على الأقل حتى SWNTs المودعة في الجزء السفلي من أنبوب تبدأ تحطيم ونشر بسبب الموجات فوق الصوتية نشر و ROM طرف ultrasonicator. علاج تعليق مع الموجات فوق الصوتية لمدة 60 دقيقة عند 20 درجة مئوية، مع الحفاظ على درجة حرارة تعليق أقل من 25 درجة مئوية.
ملاحظة: لا تضع نهاية طرف أعمق من 1 سم إلى تعليق. الحفاظ على درجة الحرارة تعليق أقل من 25 درجة مئوية، وإما عن طريق التحكم في درجة حرارة خزان المياه أو عن طريق إعادة تعبئة الحمام بشكل مناسب. - كرر الخطوات من 1.2.4 و 1.2.5 لأنبوب 2.
- إعداد بولوكسامير تعليق 407 / SWNT في غياب وجود 5 Methylsalicylic حمض
- أجهزة الطرد المركزي في تعليق النفط في أنابيب 1 و 2 في 9800 × ز لمدة 2 ساعة على 20 درجة مئوية.
- نقل 15 مل من supernatants من كل أنبوب إلى أنبوب جديد، كل على حدة.
- حل 0.015 غرام من 5 methylsalicylic حمض (5MS) في طاف مأخوذة من أنبوب 2، وتسمية هذا الخليط كما عينة رقم 2. تسمية طاف الآخر من الأنبوب (1)، نموذج # 1.
ملاحظة: للعمل في beamlines من جسيمات النيوترونات المصدر (SNS)، مطلوب اقتراح beamtime مقبولة. ويلزم التدريب في مجال السلامة الإشعاعية وتدريب خاص صك آخر أيضا مقدما. يتم توفير الوصول والتدريب تفاصيل عن مكتب العضو SNS ويمكن العثور عليها في neutrons.ornl.gov.
- تحميل عينة
- تحميل 0.3 مل من عينة # 1 من إلى خلية الكوارتز بانجو غير متبلور ونموذج رقم 2 في الخلية بانجو آخر (الشكل 2A-ط). وضع الأغطية على خليتين وختم لهم عن طريق لف الشريط آمن حول الجفون.
- مكان واحد من الخلايا مختومة بين الفواصل (الشكل 2A-II) للحصول على حامل خلية الألومنيوم (الشكل 2A والثاني والثالث)، وتجميع حامل خلية الألومنيوم بانجو (الشكل 2B). تجميع الخلايا الأخرى مع مجموعة مختلفة من حامل خلية بانجو بنفس الطريقة.
- تحميل الخلايا تجميعها في مواقع عينة مختلفة من العينة مجداف EQ-SANS (الشكل 3A). جعل القائمة من مواقف عينة من مجداف.
- قياسات
- تعيين تكوينات للقياسات SANS في السيناريو بمساعدة من عالم الصك، مشيرا إلى مثال نصي معين.
ملاحظة: يتم توفير مثال من السيناريو التي استخدمت خلال القياسات SANS الفعلية في المواد التكميلية مع تعليق موجز. تم تصميم هذا المثال تحديدا لقياس SANS من عينتين (عينة رقم 1 ورقم 2) باستخدام الموجات الطول الموجي من 9.1 Å <λ <13.2 Å في ثابت 1.3 م المسافة عينة إلى كاشف مع عينة الفتحة 10 ملم و 30 ملم توقف شعاع. السيناريو سبيل المثال يمكن استخدام دون أي تعديل للنموذج رقم 1 ورقم 2.- لتغطية مجموعة وف من ،01-،4 Å - 1، حدد نطاق الطول الموجي من 9.1 Å <λ <13.2 ألف وبمسافة عينة لللكشف عن 1.3 م عن طريق إدخال 1300 إلى موقف كاشف و 9 في الطول الموجي كما هو موضح في البرنامج النصي سبيل المثال.
- لاستخدام عينة الفتحة 10 مم ووقف شعاع 30 مم، تعيين المناصب س ص من توقف شعاع وفتحات في البرنامج النصي.
- تعيين المناصب عينة وأسماء المقابلة لكل من القياسات نثر نقل وعينة.
- حفظ البرنامج النصي في المجلد الموافق الوقت شعاع.
- تنفيذ البرنامج النصي لأداء القياسات عن طريق النقر على 'تشغيل سيناريو "على الجانب الأيمن من إطار التحكم PyDAS (الشكل 3B) وتحميل برنامج نصي المحفوظة.
- أبلغ فريق صك الانتهاء من القياسات بعد انتهاء التجربة.
- تعيين تكوينات للقياسات SANS في السيناريو بمساعدة من عالم الصك، مشيرا إلى مثال نصي معين.
3. الحد من البيانات SANS وتحليل
- عملية اختزال البيانات SANS
- للحد من البيانات المقاسة، استخدم MantidPlot 23-24 البرامج المقدمة في analysis.sns.gov، بمساعدة فريق الصك.
ملاحظة: تعليمات مفصلة لتشغيل برامج MantidPlot يمكن العثور على صفحة ويب analysis.sns.gov. - ضمن MantidPlot، فتح واجهة تخفيض EQSANS من القائمة الواجهات. (واجهة> SANS> ORNL SANS). إدخال جميع المعلومات اللازمة لعملية الحد من البيانات.
ملاحظة: يتم توفير معظم معلومات هامة في عملية الحد من البيانات من قبل فريق الصك. للحصول على معلومات، وتقدم لقطات ذات الصلة أيضا في المواد التكميلية. - إدخال جميع المعلومات الضرورية في علامة التبويب "خيارات الحد.
- إدخال عامل المقياس المطلق من قياس عينة القياسية. الحصول على كثافة المطلقة من قياس عينة القياسية جيدا اتسم الذي يعرف كثافة نثر (I (0) = 450 سم - 1) وتناسب مع نثر نموذج ديباي-BUCHE. إدخال اسم الملف الحالي الظلام، التي يتم توفيرها من قبل فريق الصك.
- تحقق خيارات ل 'تصحيح الصلبة زاوية'، 'قرار س'، 'ملف استخدام التكوين'، 'TOF الصحيح "، و" القناع المستخدم من ملف التكوين حسب مقتضى الحال.
- تعيين عينة فتحة قطرها إلى 10 مم. عدد مجموعة من صناديق س إلى 200 مع مخطط س binning الخطي. إدخال اسم ملف قناع، والتي يتم توفيرها أيضا من قبل فريق الصك.
- إدخال جميع المعلومات اللازمة لإتمام علامة التبويب "الكاشف".
- تحقق "استخدام شعاع مكتشف" (مع خيار شعاع المباشر مناسبا) و "إجراء تصحيح حساسية. العثور على مركز شعاع "ملف البيانات" باستخدام رقم المدى لقياس شعاع فارغة.
- إدخال اسم ملف البيانات حساسية، والتي يتم توفيرها من قبل عالم الصك. تعيين نطاق حساسية يسمح لهم 0.5 و 2.5 للدقيقة، وكحد أقصى، على التوالي. الاختيار &# 39؛ استخدام مركز شعاع العينة.
- إدخال جميع المعلومات اللازمة لعلامة التبويب "البيانات".
- إدخال عينة نثر رقم المدى في "نثر ملف البيانات. تحديد سمك العينة في الطول. اختر 'احسب انتقال ".
- أدخل رقم المدى نقل عينة في 'ملف البيانات شعاع المباشر عينة. أدخل شعاع فارغة رقم المدى في 'ملف البيانات شعاع المباشر الخالي.
- تحقق "خلفية ملف البيانات 'وأدخل خلفية نثر رقم التشغيل. اختر 'احسب انتقال ". أدخل انتقال خلفية عدد المدى في 'ملف البيانات شعاع المباشر عينة.
ملاحظة: في هذه الحالة، فإن الخلية بانجو فارغة نثر ملف البيانات هو نثر الخلفية. - أدخل شعاع فارغة رقم المدى في 'ملف البيانات شعاع المباشر الخالي. عادة، وهذا العدد هو نفس عدد فارغة شعاع المدى (3.1.5.2).
- انقر على "خفض" لتنفيذالحد البيانات.
ملاحظة: يتم كتابة الإخراج في مجلد معين كما ##### _ Iq.txt حيث ##### هو عدد هزائمه في نموذج ملف نثر. ويستخدم شكل ASCII لملفات البيانات.
- للحد من البيانات المقاسة، استخدم MantidPlot 23-24 البرامج المقدمة في analysis.sns.gov، بمساعدة فريق الصك.
- تحليل تركيب نموذجي
ملاحظة: SasView هو صغير الزاوية نثر حزمة برامج التحليل، الذي تم تطويره في الأصل كجزء من مشروع جبهة الخلاص الوطني DANSE، وتدار حاليا من قبل التعاون الدولي من المرافق (http://www.sasview.org/). حزمة برامج يمكن تحميلها على http://sourceforge.net/projects/sasview/files/.- تشغيل SasView، وتحميل ملف البيانات عن طريق النقر على 'تحميل البيانات "من نافذة" مستكشف البيانات ".
- انقر على 'أرسل إلى' مع خيار "تركيب"، والتحقق من مؤامرة البيانات على نافذة منبثقة.
- في "لوحة صالح"، حدد "أشكال" تحت فئة النموذج، واختر "CoreShellCylinderModel" من مربع القائمة نموذج. <لى> ضبط قيم المعلمات، وبالتالي فإن منحنى النموذج هو أقرب إلى منحنى البيانات ممكن.
ملاحظة: استخدم الحزب الديمقراطي اليساري (نثر طول الكثافة) آلة حاسبة من القائمة أداة لحساب نثر كثافة طول. - حدد "استخدام بيانات DQ" و "استخدام البيانات دي" في لوحة التجهيزات. ضبط س مجموعة من البيانات للتركيب. انقر على "صالح" لتنفيذ البيانات المناسب.
4. مراقبة الفضاء الحقيقي باستخدام مجهر القوة الذرية (AFM)
- إعداد العينة على سي الرقائق باستخدام طلاء تدور
- لقياسات AFM، واتخاذ 0.1 مل من محلول عينة من عينة # 1 (1.3.3)، ومزجها مع 1.9 مل من الماء غير المتأينة.
- وضع نظيفة سي ويفر (12 ملم × 12 ملم) على المغطي تدور. تحديد موقف الرقاقة باستخدام تشاك فراغ.
- ضبط سرعة دوران والوقت على التوالي في 1500 دورة في الدقيقة (دورة في الدقيقة) و 60 ثانية على التوالي. الرطب السطح المعرض للرقاقة مععينة المخفف. بدء طلاء زيادة ونقصان.
- إيقاف مضخة فراغ، وإزالة الرقاقة المغلفة من المغطي تدور.
- قياسات AFM
- إرفاق رقاقة المغلفة تدور (4.1.4) على قرص الحديد باستخدام شريط لاصق الكربون على الوجهين.
- جعل القرص العينة (4.2.1) أقرب إلى حافة المنطقة المكشوفة من الماسح الضوئي لأول مرة، وحرك القرص نحو المركز حتى السطح السفلي للقرص يغطي كامل الجزء العلوي من الماسح الضوئي.
ملاحظة: تجنب الاتصال المفاجئ لأن المغناطيس على الجزء العلوي من الماسح الضوئي تجذب بقوة قرص الحديد. جعل بلطف الاتصال بين اثنين من حواف القرص والماسح الضوئي. - جبل رأس المجهر التحقيقي (SPM) على الماسح الضوئي، والمكونات في كابل.
ملاحظة: الحذر الشديد يجب أن يدفع في حين تحريك الرأس SPM أو الالتحام (إزالة) إلى (من) الماسح الضوئي. عندما يتم فصل الرأس عن مرحلة الماسح الضوئي، والحفاظ على السطح السفلي من upwa التي تواجه رئيسطلقة في كل وقت. - تشغيل برامج التحكم التي يتم توفيرها من الصك، وتحديد وضع التنصت في نافذة "لتكوين النظام".
- ضع طرف ناتئ في وسط النافذة رصد عن طريق ضبط المقابض الخشنة وغرامة من المجهر الضوئي وعن طريق تحريك X- ومراحل البصرية Y-.
- محاذاة الليزر عن طريق ضبط المقابض محاذاة الليزر على رأس الحركة الوطنية الصومالية. تحديد موقع نقطة ليزر أحمر لناتئ تقريبا، ونقل نقطة في منتصف طرف ناتئ عن طريق تتبع النقطة هو مبين في الشاشة.
ملاحظة: عندما يتم محاذاة الليزر بشكل صحيح، تظهر بقعة انعكاس الوردي على نافذة محاذاة الليزر. - محاذاة للكشف عن طريق تحديد مكان وجود انعكاس الصورة الوردية في وسط النافذة محاذاة الليزر. ضبط المقابض مكشاف ضوئي على رأسه SPM حتى الضوئي رباعي (QPD) إشارة مبلغ أكبر من 2 V ما لا يقل عن (2،1-2،4 V).
- ضبط ناتئ باستخدام AutoTune في واي الكابولي ضبطndow. تشغيل AutoTune في نطاق تردد من 0 - 1000 كيلو هرتز.
- جعل سطح الرقاقة إلى تركيز المجهر عن طريق ضبط المقابض التركيز.
- دفع طرف ناتئ ببطء نحو سطح الرقاقة باستخدام الأسهم صعودا وهبوطا في نافذة "المرحلة موتور. وقف حركة قبل طرف تلامس سطح العينة.
ملاحظة: عندما يقترب طرف الرقاقة، تظهر صورة سوداء واضحة من طرف في رصد وتصبح الصورة واضحة عند طرف وسطح الرقاقة اجراء اتصالات. لا تدع الطرف لمس جسديا العينة. ومن الأضرار على حد سواء العينة والصك. وقف تلميح عندما يظهر عدم وضوح الصورة المظلمة. - انقر على زر الدخول على شريط الأدوات.
- حدد حجم المسح (5-10 ميكرون)، وعدد العينات (512-1،024)، ومعدل المسح (0،5-0،6 هرتز) في نافذة منبثقة، من أجل الحصول على صورة واسعة النطاق لأول مرة.
- بدء المسح الضوئي. تدريجيا ضبط P (الربح النسبي)، أنا (ربح لا يتجزأ)، وD (دي الرأسيثني) تقدر إذا كان التباين بين الجسيمات والخلفية الركيزة منخفض جدا أن ندرك بوضوح الأشكال الجسيمات والحدود من الصورة الممسوحة ضوئيا.
ملاحظة: عندما دخلت مجموعة قيمة PID الجديد، عملية المسح سيتم إعادة تشغيل تلقائيا. - إذا كان هناك أي منطقة من الفائدة في الصورة على نطاق واسع، وإعادة تشغيل المسح الضوئي مع مجموعة مناسبة من حجم المسح، الأشعة تعويض، ص تعويض، وعدد العينة.
- فك الارتباط التحقيق بعد القياس.
ملاحظة: رفع رأس مسبار لمنع أي ضرر على طرف ناتئ والعينة. إزالة الرأس التحقيق أولا، ثم فصل القرص العينة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ملفقة بولوكسامير 407 المغلفة تعليق nanorod SWNT باستخدام الإجراء إعداد العينات (الشكل 4)، والتي يمكن تقسيمها إلى قسمين العمليات الهامة. عملية الامتزاز المادية من بولوكسامير 407 على الأسطح SWNT باستخدام فائقة صوتنة، وعملية تجزئة من SWNTs استقرت بشكل فردي من المجاميع المجمعة باستخدام الطرد المركزي.
وقد تم الحصول على كثافة نثر SANS للبولوكسامير استعداد 407 / SWNT / D 2 O العينة في درجة حرارة تتراوح من 20-60 درجة مئوية في ظل غياب (الشكل 5A) وجود (الشكل 5B) من 5MS. كثافة نثر مع ف - 1 السلوك في المناطق ف منخفضة (<0.02 Å - 1) تشير إلى وجود جسيمات أسطواني يشبه قضيب في الوسط المائي. عن طريق تغيير درجة الحرارة من 20 درجة مئوية إلى 60° C أو عن طريق إضافة 5MS المضافة، وتظهر شدة تشتت تغييرات واضحة. التحول إلى أعلى س في المتوسطة ف-المنطقة (0،02-0،05 Å - 1) ووضع الذروة في ارتفاع ف (حوالي 0.11 Å - 1) لوحظ. هذه التغييرات مماثلة نظرا لدرجة الحرارة السيطرة و5MS مضافة تنبع من التغيير الهيكلي للبولوكسامير طبقة 407 التغليف على SWNTs. كما لخصت في الشكل 6A-6D، جوهر CNT / قذيفة الداخلية مسعور / رطب بولوكسامير 407 طبقة تخضع لعملية التحول الهيكلي من SWNT مغلفة المذيلات كروية من بولوكسامير 407 في درجة حرارة الغرفة لSWNT مغلفة بطبقة اسطوانية مدمجة من بولوكسامير 407 في ارتفاع درجة الحرارة. وكان التغيير الهيكلي عكسها مع اختلاف درجة الحرارة بغض النظر عن وجود 5MS المضافة. وقد سيطر على حجم النقط البوليمر رطب عكسية في درجة حرارة تتراوح بين 20 درجة مئوية و 60 درجة مئوية. خلال هذا شارعتغيير uctural طبقة بولوكسامير 407، وكروية بولوكسامير 407 مذيلة مع دائرة نصف قطرها من الدوران من 45 Å، والذي يتألف من عدة بولوكسامير 407 سلاسل، يصبح مجموعة من النقط سلسلة واحدة التي تحيط الأساسية SWNT أكثر مضغوط مع دائرة نصف قطرها من الدوران 30 Å.
التغيير الهيكلي على كل من التحكم في درجة الحرارة وعطرية هو تفسير بالتغيرات في التفاعلات بين الجزيئات بين البوليمرات، والمياه، وSWNTs. زيادة للا مائية كتل PPO والأخلاقيات المهنية مع ارتفاع درجة الحرارة يسبب تفاعل أقوى من البوليمرات كثف مع الأسطح SWNT الأساسية من الماء. 21 ونتيجة لذلك، والبوليمرات كثف تشكل طبقة التغليف أكثر إحكاما في درجة حرارة عالية لتغطية الأساسية مسعور أكثر كفاءة وتقليل بينية الطاقة الحرة. هذا الاتجاه يمكن أن يكون أكثر الترويج لها في وجود 5MS، بسبب التفاعل التفضيلية بين SWNT والبنزين حلقة 5MS فضلا عن اتجاه قوي من 5MS لربط مع بولوكسامير 407. 21،22 خاصة، وقذيفة الداخلي سماكة (الشكل 6B)، الذي يقاس في أن يكون حوالي 3 Å على مقربة من مسافة مستو بين 5MS الجزيئات والأسطح SWNT 21 هو في اتفاق جيد مع التنبؤ بأن 5MS أضاف يفضل أن يحتل مساحة SWNT وتوفير واجهة صديقة للبوليمرات.
كما تحقيقات تكميلية لدراسة بلا حدود، لوحظت بولوكسامير 407 نانواعواد / SWNT في الفضاء الحقيقي باستخدام فؤاد. أرقام 7A و7B والتنصت الصور وضع AFM من بولوكسامير 407 نانواعواد / SWNT التي كانت المغلفة تدور على لسي رقاقة. على الرغم من أن هذه الصور AFM تظهر فقط التشكل المجففة من الأقطاب النانوية بدون ماء، لأنها توفر أدلة على دي تجميع وتشتت SWNTs وكذلك توزيع طول الأقطاب النانوية.
المحافظة على together.within الصفحات = "1"> 
الشكل 1. لقطة من عملية ultrasonication لتحقيق الاستقرار SWNT. يتم وضع أنبوب عينة في حمام مائي مع طرف مغموسة في. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2. الألومنيوم حامل خلية بانجو للتجربة EQ-SANS في SNS. (A) مفكك الأجزاء بما في ذلك (ط) خلية بانجو (ب) الفواصل، و (ج) حامل. (ب) قطع تجميعها. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
3 "SRC =" / ملفات / ftp_upload / 53969 / 53969fig3.jpg "/>
الرقم 3. معيار EQ-SANS بيئات التجربة. كشك (A) عينة، و (ب) برامج التحكم في خط شعاع. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4. الإجراء المبسط إعداد نموذج لبولوكسامير 407 / SWNT (عينة رقم 1) وبولوكسامير 407 / SWNT / 5MS (عينة رقم 2) تعليق. وقد تم قياس نسبة الجماعية بين SWNTs وبولوكسامير 407 في هذه المعلقات النهائية من التحليل الوزني الحراري (TGA ) بعد تجميد التجفيف (*). (تم تعديل هذا الرقم بإذن من المرجع. 21. حقوق التأليف والنشر عام 2015، الجمعية الكيميائية الأميركية.)ك "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 5. SANS كثافة يقاس في درجة حرارة تتراوح من 20 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية. (A) بولوكسامير 407 / SWNT / D 2 O العينة. (ب) بولوكسامير 407 / SWNT / 5MS / D 2 O العينة. خطوط الصلبة المنحنيات التي تم الحصول عليها عن طريق تركيب البيانات SANS باستخدام الأساسية / شل / نموذج سلسلة تعديلها. س - 1 السلوك في انخفاض المناطق ف حول 0.01 Å - 1 يدل على وجود جزيئات شبيهة قضيب في الايقاف. وقد تم نقل منحنيات لوضوح. (تم تعديل هذا الرقم بإذن من المرجع. 21. حقوق التأليف والنشر عام 2015، الجمعية الكيميائية الأميركية.) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا فيقوإعادة.
الشكل 6. الهياكل التفصيلية للطبقات تغليف من تحليل النموذج مناسبا SANS. (A) دائرة نصف قطرها من الدوران (R ز) من بولوكسامير 407 النقط سلسلة و (ب) سمك مسعور طبقات القشرة الداخلية (T 1) على الأسطح SWNT في غياب (الماس) وجود (مربع) من 5 Methylsalicylic حمض (5MS) في درجة حرارة تتراوح من 20 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية. تم تغيير R ز عكسية عن طريق التحكم في درجة الحرارة عن طريق التسخين (علامة شغل) والتبريد (علامة مليئة عرضية داخل) العمليات بغض النظر عن وجود 5MS. وأشارت (CD) تخطيطي مخططات مستعرضة من تحليل SANS للبولوكسامير 407 نانواعواد / SWNT في درجة حرارة الغرفة (أعلى) والتغيرات الهيكلية مع زيادة درجة الحرارة أو إضافة مواد مضافة (القاع). (هذا الرقم هكتارالصورة تم تعديلها بإذن من المرجع. 21. حقوق التأليف والنشر عام 2015، الجمعية الكيميائية الأميركية.) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 7. التنصت الصور وضع AFM من بولوكسامير 407 نانواعواد / SWNT المغلفة تدور على سي الرقاقة. (A) وتقدم صورة قناة الارتفاع المعلومات سمك زي الاتجاه. (ب) تقدم صورة قناة السعة التنصت حدود واضحة النانوية المودعة. شريط الحجم: 1 ميكرون. (تم تعديل هذا الرقم بإذن من المرجع. 21. حقوق التأليف والنشر عام 2015، الجمعية الكيميائية الأميركية.) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
وأظهرت SANS وقياسات AFM أن SWNTs تم اجتثاث المجمعة بنجاح وبشكل فردي تفرقوا في محلول مائي باستخدام بولوكسامير 407 triblock من البوليمرات. في هذه الطريقة تحضير العينة، فائقة صوتنة وعمليات الطرد المركزي هي الخطوات الحاسمة تحديد خصائص تعليق النهائي. التفاعل القوي بين SWNTs، الأمر الذي يفرض SWNTs غير المصقول لحزمة معا في الحل، يجب التغلب عليها لتحقيق الاستقرار في SWNTs فردية مع بوليمرات كتلة. توفير ما يكفي من الطاقة لفترة طويلة بشكل صحيح يسمح للبوليمرات للتغلب على الحواجز الطاقة واستقرار SWNT بنجاح. ومع ذلك، فإنه من الصعب جدا لإزالة كافة حزم SWNT في تعليق وبالتالي، فإن عملية تجزئة حاسمة أيضا لإنتاج عالية عينات النقاء والجودة. مطلوب الأمثل في السلطة صوتنة، وسرعة الطرد المركزي، وحجم جمع من طاف ولو حدث أي تحسن في عينةهناك حاجة إلى النقاء والعائد المعدل.
باستخدام هذه الطريقة، النانوية CNT / البوليمر الحرارية عكسها من مختلف الأحجام يمكن أن تكون ملفقة من خلال تغيير الوزن الجزيئي للبوليمر مشترك triblock. وقد توقع أن استقرار أنابيب الكربون النانوية باستخدام بوليمرات كتلة محبة للجهتين يظهر حجم الانتقائية بحيث أنابيب الكربون النانوية التي يبلغ قطرها محدد يمكن أن تذوب بشكل انتقائي. 25 في هذا العمل، ويكشف تحليل SANS أن جوهر SWNT في الأقطاب النانوية توليفها التي يبلغ قطرها حول 7.2 Å في المتوسط. وهذا يعني أن بولوكسامير 407 حتى يمكن إذابة SWNTs التي يبلغ قطرها صغير نسبيا حوالي 7-8 Å بين HiPCo (الضغط العالي أول أكسيد الكربون) SWNTs، التي هي معروفة ليكون قطرها من 7-14 Å. 26 لذلك، ومجموعة مختارة الرشيدة لل الوزن الجزيئي وPEO / PPO نسبة كتلة في البوليمرات بيو-PPO-بيو تمكن الباحثون ليس فقط للاستفادة من أي احد الجدران أو متعددة الجدران أنابيب الكربون النانوية الصدد أقل من قطر ولكن أيضا إلى الحجم بشكل انتقائي افتعال البوليمر بين المركز الوطني للاستشعار نانواعواد الهجينة عبر هذه الاستراتيجية.
على الرغم من أن العديد من PEO-PPO-بيو المغلفة البوليمر نانواعواد المركز الوطني للاستشعار يمكن إعدادها من خلال إجراء إعداد مطابق، وأساليب توصيف الهيكل التفصيلي في الفضاء الحقيقي محدودة للغاية. شائعة الاستخدام أدوات المجهر البصرية ليست مناسبة بسبب حجم الجسيمات الصغيرة جدا. يكون الإلكترون المجهري (EM) وفؤاد التقنيات أيضا القيود. تبخر المذيبات المطلوبة في تقنيات EM الجافة وفؤاد يمنع توصيف في الموقع وقد يسبب تغير التشكل، وتبريد درجة الحرارة في البرد EM يمنع مراقبة الوقت الحقيقي مع التحكم في درجة الحرارة. وهكذا، فإن التوصيف الهيكلي في ف الفضاء باستخدام تقنيات نثر زاوية صغيرة أمر ضروري في هذا النظام، وأنه هو أيضا أكثر قوة إذا يمكن تقديم أي ملاحظات في الفضاء الحقيقي غيرها من اتباع نهج متكامل.
الحمار = "jove_content"> ومع ذلك، لهذا الأسلوب توصيف عبر SANS، هناك نوعان من الأشياء في الاعتبار. أولا، مجموعة من المعلمات المناسب من تحليل SANS قد لا تكون فريدة من نوعها بسبب وجود شكوك في SLDs. يجب أن تكون النتائج التي تم الحصول عليها بما يتفق مع القياسات الفيزيائية الأخرى، وكذلك كمية وSLDs من المكونات. ثانيا، ويستند هذا التحقيق على التحليل التي تعتمد على نموذج وبالتالي، ينبغي اختيار نموذج المناسب من خلال النظر بعناية التفاعل بين الجزيئية وكذلك هندستها الممكنة الكلي الجزيئية. نموذج CoreShellCylinder قدم في هذا البروتوكول هو واحد من أبسط النماذج، الذي هو مناسب لوصف هياكل المركز الوطني للاستشعار المغلفة البوليمر. على الرغم من أن نموذج CoreShellCylinder يقدم معلومات عن سمك الأساسية وقذيفة من الأقطاب النانوية توليفها، شكل عاملا التبسيط في هذا النموذج ليس قادرا على وصف لمحات توزيع الفعلية من الماء والبوليمرات المحيطة بلب المركز الوطني للاستشعار. لفهم أفضل، ونموذج CoreShellCylinder المعدلة، والتي توظف نموذج سلسلة الضبابي للبوليمرات كثف، فمن المستحسن 21
من خلال هذا العمل، وتبين أن جزيئات هجينة توليفها تبدي استجابة تعتمد على درجة الحرارة حساسة للهيكل التغليف الخاصة بهم. هذه الأنظمة تمثل نموذجا للاهتمام لبنات البناء وظيفية الذكية التي تجمع الذاتي في النانو أمر المرتفعة والتي يتم التحكم عكسية كرد فعل للمؤثرات الخارجية الهياكل داخل وبين الجسيمات. في حين أن تقنية عرض يفسح المجال لإنتاج أنظمة الذاتي تجميعها امر جيد، لا تزال هناك تحديات ينبغي التغلب عليها قبل أن يمكن استخدامها في الأجهزة. على سبيل المثال، بعد صوتنة المجلس الوطني الانتقالي ليسوا موحدة في طول الحد الكامل ثلاثة أجل الأبعاد. ومع ذلك، التصميم الناجح لتصنيع كتل بناء نانو شكل الانضباطي توفر فرصة واعدة نحوالمواد الفنية الذكية الذاتي تجميعها.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| HiPco Single-walled carbon nanotubes | Unidym | P2771 | |
| Pluronic F127 | BASF | 9003-11-6 | Mw = 12.6 kg/mol |
| 5-methylsalicylic acid | TCI America | C0410 | |
| Ultrasonic processor | Cole-Parmer | ML-04714-52 | |
| Sorvall 6 plus centrifuge | Thermo Scientific | 46910 | |
| Innova AFM | Bruker | ||
| Si-wafer | Silicon Quest International | 150 mm in diameter; N type <1-1-1> cut; 1-10 Ohm/cm; Single-side polyshed (675 ± 25 μm); Diced (12 mm x 12 mm) |
References
- Kostarelos, K., Bianco, A., Prato, M. Promises, facts and challenges for carbon nanotubes in imaging and therapeutics. Nat Nanotechnol. 4 (10), 627-633 (2009).
- Baughman, R. H., Zakhidov, A. A., de Heer, W. A. Carbon nanotubes--the route toward applications. Science. 297 (5582), 787-792 (2002).
- Wang, J. Carbon-nanotube based electrochemical biosensors: a review. Electroanal. 17 (1), 7-14 (2005).
- Kim, T. H., Doe, C., Kline, S. R., Choi, S. M. Water-Redispersible Isolated Single-Walled Carbon Nanotubes Fabricated by In Situ Polymerization of Micelles. Adv Mater. 19 (7), 929-933 (2007).
- Doe, C., Choi, S. M., Kline, S. R., Jang, H. S., Kim, T. H. Charged Rod-Like Nanoparticles Assisting Single-Walled Carbon Nanotube Dispersion in Water. Adv Funct Mater. 18 (18), 2685-2691 (2008).
- Kim, S. W., et al. Surface modifications for the effective dispersion of carbon nanotubes in solvents and polymers. Carbon. 50 (1), 3-33 (2012).
- Moore, V. C., et al. Individually suspended single-walled carbon nanotubes in various surfactants. Nano Lett. 3 (10), 1379-1382 (2003).
- Mountrichas, G., Tagmatarchis, N., Pispas, S. Synthesis and solution behavior of carbon nanotubes decorated with amphiphilic block polyelectrolytes. J Phys Chem B. 111 (29), 8369-8372 (2007).
- Habibnejad Korayem, A., et al. Transition and Stability of Copolymer Adsorption Morphologies on the Surface of Carbon Nanotubes and Implications on Their Dispersion. Langmuir. 30 (33), 10035-10042 (2014).
- Yang, Z., et al. Noncovalent-wrapped sidewall functionalization of multiwalled carbon nanotubes with polyimide. Polym Composite. 28 (1), 36-41 (2007).
- Islam, M. F., Rojas, E., Bergey, D. M., Johnson, A. T., Yodh, A. G. High weight fraction surfactant solubilization of single-wall carbon nanotubes in water. Nano Lett. 3 (2), 269-273 (2003).
- Kim, J. S., Song, K. S., Lee, J. H., Yu, I. J. Evaluation of biocompatible dispersants for carbon nanotube toxicity tests. Arch Toxicol. 85 (12), 1499-1508 (2011).
- Zheng, M., et al. DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes. Nat Mater. 2 (5), 338-342 (2003).
- Nish, A., Hwang, J. Y., Doig, J., Nicholas, R. J. Highly selective dispersion of single-walled carbon nanotubes using aromatic polymers. Nat Nanotechnol. 2 (10), 640-646 (2007).
- Chen, J., et al. Noncovalent engineering of carbon nanotube surfaces by rigid, functional conjugated polymers. J Am Chem Soc. 124 (31), 9034-9035 (2002).
- Jones, M. C., Leroux, J. C. Polymeric micelles-a new generation of colloidal drug carriers. Eur J Pharm Biopharm. 48 (2), 101-111 (1999).
- Chiappetta, D. A., Sosnik, A. Poly (ethylene oxide)-poly (propylene oxide) block copolymer micelles as drug delivery agents: improved hydrosolubility, stability and bioavailability of drugs. Eur J Pharm Biopharm. 66 (3), 303-317 (2007).
- Alexandridis, P., Zhou, D., Khan, A. Lyotropic liquid crystallinity in amphiphilic block copolymers: temperature effects on phase behavior and structure for poly (ethylene oxide)-b-poly (propylene oxide)-b-poly (ethylene oxide) copolymers of different composition. Langmuir. 12 (11), 2690-2700 (1996).
- Doe, C., Jang, H. S., Kim, T. H., Kline, S. R., Choi, S. M. Thermally switchable one-and two-dimensional arrays of single-walled carbon nanotubes in a polymeric system. J Am Chem Soc. 131 (45), 16568-16572 (2009).
- Doe, C., Jang, H. S., Kline, S. R., Choi, S. M. SANS Investigation of Selectively Distributed Single-Walled Carbon Nanotubes in a Polymeric Lamellar Phase. Macromolecules. 43 (12), 5411-5416 (2010).
- Han, Y., Ahn, S. K., Zhang, Z., Smith, G. S., Do, C. Tunable Encapsulation Structure of Block Copolymer Coated Single-Walled Carbon Nanotubes in Aqueous Solution. Macromolecules. 48 (11), 3475-3480 (2015).
- Kim, T. H., Han, Y. S., Jang, J. D., Seong, B. S. SANS study on self-assembled structures of Pluronic F127 triblock copolymer induced by additives and temperature. J Appl Cryst. 47 (1), 53-59 (2013).
- Arnold, O., et al. Mantid-Data analysis and visualization package for neutron scattering and µ SR experiments. Nucl Instrum Meth A. 764 (1), 156-166 (2014).
- Alvarez, R., et al. Mantid 3.4: Manipulation and Analysis Toolkit for Instrument Data. Mantid Project. , (2015).
- Nagarajan, R., Bradley, R. A., Nair, B. R. Thermodynamically stable, size selective solubilization of carbon nanotubes in aqueous solutions of amphiphilic block copolymers. J Chem Phys. 131 (10), 104906 (2009).
- Nikolaev, P., et al. Gas-phase catalytic growth of single-walled carbon nanotubes from carbon monoxide. Chem. Phys Lett. 313 (1), 91-97 (1999).
