Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Küçük açılı Nötron Saçılma tarafından Thermo-geri dönüşümlü Blok Kopolimer ve Karakterizasyonu Tek duvarlı Karbon Nanotüpler işlevselleştirilmesi

Published: June 1, 2016 doi: 10.3791/53969
Automatic Translation
1, 2,3, 1,4, 1, 1
1Biology and Soft Matter Division, Neutron Science Directorate, Oak Ridge National Laboratory, 2Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory, 3Department of Polymer Science and Engineering, Pusan National University, 4Jülich Center for Neutron Science, Forschungszentrum Jülich

Introduction

Karbon nanotüpler (CNT) bir nanotüp bir mikrometre çaplı grafit levha haddeleme tarafından oluşturulan içi boş silindirik nanopartiküller vardır. Çünkü olağanüstü mekanik, termal ve elektriksel özellikleri, CNTs yoğun kendi kendini monte nanokompozit materyaller terapötik ve biyo-algılama uygulamaları yanı sıra, nano dolgu işlevsel nanopartiküller için yeni bir aday olarak incelenmiştir. 1-3 Ancak, yoksul çözünürlük ve yaygın olarak kullanılan organik ve sulu çözücülerde demetleri yapma yönünde güçlü tercih biyolojik uygulamalarda kolay ve çevre dostu işlem yanı sıra avans engellemektedir. Bu nedenle, ultra sonikasyon, kimyasal yüzey modifikasyonu ve yüzey aktif maddeler ve blok kopolimerleri kullanılarak kovalent olmayan işlevsellik olarak işlevselleştirme yöntemleri, çeşitli 4-9 CNT yüzeyleri değiştirmek ve geniş bir kullanıcı dağılabilirliğini iyileştirmek için geliştirilmiştir çözücülerdir. Kovalent olmayan FunctionAFiziksel yüzey işlemlerine göre katmanlara ayrılmasına yöntemleri, iç CNT özelliklerinde herhangi bir yüzey modifikasyon kaynaklı baskılama minimize edilebilir, çünkü, özellikle de., umut verici ve dayanıklı bir strateji olarak kabul edilir Bugüne kadar 10 dispersiyon verimliliğini artırmak için çok sayıda çalışmalar yapılmıştır temel yüzey aktif maddeler (örneğin, SDS, CTAB, NaDDBS), 7,11 amfifilik blok kopolimerleri, 8 biyo-malzemeler (örneğin, DNA), 12,13 ve sentetik fonksiyonlu polimerler içeren ve dağıtıcı ajanların çeşitli kullanılarak kovalent olmayan işlevsellik yöntemleri (örneğin, eşlenik polimer, aromatik polimer). 14,15

PEO-PPO-PEO polimerleri, iki hidrofilik poli (etilen oksit) 'dan oluşan üç bloklu kopolimerin bir tür (PEO) hem de zincir kovalent bir hidrofobik poli (propilen oksit) merkezinde (PPO), zincire bağlanmış uçları, potansiyel uzanabilir kovalent olmayan bir şekilde işlevselleştirilmiş CNTs uygulama iN sulu çözeltisi. Bu polimerler nedeniyle PEO zincirlerinin en az toksisitesi CNT yüzeylere değil aynı zamanda, sulu ortam ve diğer polimer matrisler ve muazzam biyouyumluluk sergiler için değil sadece dostu arayüz sağlamak. Biyomedikal uygulamalarda, polimer kaplı CNTs kullanımı gibi ortamlar dağıtma geniş bir aralıkta daha kolay işlenmesini kolaylaştırır. 12,16-17 Ayrıca, harici uyaranlara kendi hassas yanıtlara göre bu polimerlerin zengin termodinamik faz davranışı sağlar içi ve parçacık arası yapılar, tersine çevrilebilir şekilde ve tam olarak kontrol edilebildiği akıllı blok kopolimer-CNT hibrid nano imalatı. 18-21 Burada, bir ayarlanabilir içine alıcı katman ile CNT bazlı hibrid nanopartiküllerin üretimi için kullanılan bir protokol mevcut PEO105-PPO70-PEO105 (poloksamer 407). Elde edilen yapı, küçük açı nötron saçılımı (SAN) ile karakterize edilir. Bu çalışma introduc beklenene akıllı fonksiyonel yapı taşları kavramı ve uzman olmayanların kolayca, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda detaylı karakterizasyonu için blok kopolimer fonksiyonlu CNT süspansiyonlar ve kullanım SANS hazırlamak yardımcı olur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Not: Bu protokol nanomaddelerin kullanımı konusunda özel dikkat gerektirir. Gibi alınmış, tek duvarlı karbon nanotüpleri (SWNTs) ince bir toz formunda bulunur ve bu nedenle, sulu çözeltiler içinde dağıtılarak önce nano zararlı maddeler olarak dikkate alınmalıdır. Malzeme Güvenlik Bilgi Formları (MSDS) açıklanan uygun güvenlik ekipmanlarını kullanın.

Poloksamer 407 / SWNT sulu süspansiyonların hazırlanması 1.

Not: kullanılan blok kopolimerlerin, kritik miselizasyon sıcaklığında (CMT) daha düşük bir sıcaklıkta, tüm numune hazırlama işlemleri ile devam. Poloksamer 407 / SWNT örnekleri poloksamer 407 (30 ° C) CMT altında 20 ° C'de hazırlandı. 21

  1. Poloksamer 407, sulu çözeltilerinin hazırlanması (ağ / ağ% 0.25)
    1. Tamamen poloksamer 407 toz 70 gr D 2 O 0.175 gr çözülür
      Not: D 2 O SANS için kullanılanölçümleri. 70 g D 2 O yaklaşık oda sıcaklığında 63.2 ml. Diğer amaçlar için, H2O kullanılması tavsiye edilir.
  2. Ham Poloksamer 407 / SWNT süspansiyonların hazırlanması
    1. ayrıca, iki 50 ml konik santrifüj tüpleri (tüp 1 ve boru 2) 0.01 g SWNT toz ekleyin.
    2. borunun 1 içinde, poloksamer 407 çözeltisi (1.1.1) 31.6 ml ilave edilir ve tüp 2 içine kalan çözeltinin 31.6 mi.
    3. girdap karıştırma 5-10 dakika için tüpün 1 ve 2'de süspansiyonlar karıştırın.
    4. Bir su banyosu içinde tüp 1 yerleştirin. Güvenli tüp konumunu düzeltmek. Havalı süspansiyon arayüzü banyosunda su yüzeyine ulaşana kadar (Şekil 1) tüp batırın.
    5. tüpün alt kısmında biriken SWNTs nedeniyle ultrason yayılır f kırıp ve yayılma başlamak en azından kadar% 0 yavaş yavaş sonikasyon gücü artırın tüp 1. süspansiyon içine bir ultrasonikatör ucu Dip ultrasonikatör ucu rom. 25 ° C'nin altında süspansiyon sıcaklığı muhafaza ederken, 20 ° C'de 60 dakika boyunca ultrason ile süspansiyon tedavi edin.
      Not: süspansiyon içine 1 cm daha derine ucu ucuna koymayın. Ya su haznesi sıcaklığını kontrol ederek veya uygun bir banyo yeniden doldurulmak sureti ile 25 ° C'nin altında süspansiyon sıcaklığı muhafaza edin.
    6. Tekrarlayın tüp 2 için 1.2.4 ve 1.2.5 adımları.
  3. 5-Methylsalicylic asit varlığında ve yokluğunda Poloksamer 407 / SWNT süspansiyonların hazırlanması
    1. Santrifüj 20 ° C'de 9.800 x g 2 saat sonra, ham tüpler 1 süspansiyonlar ve 2.
    2. ayrıca, yeni bir tüpe her tüpten süpernatanların 15 ml taşıyın.
    3. tüp 2 alınan süpernatant içine 5-methylsalicylic asit (5MS) 0,015 gr çözülür, ve Örnek # 2 olarak bu karışımı etiketlemek. Örnek # 1 olarak tüp 1 diğer süpernatant etiketleyin.
e "> 2. Genişletilmiş Q-menzilli Küçük açılı Nötron Saçılma (EQ-SANS) Ölçümler

Not: spallation Nötron Kaynağı (SNS) ve ışın demetleri çalışmak için kabul edilen bir beamtime önerisi gereklidir. Radyolojik güvenlik eğitim ve diğer enstrüman özel eğitim de önceden gereklidir. Erişim ve eğitim detayları SNS Kullanıcı Ofisi tarafından sağlanan ve neutrons.ornl.gov bulunabilir.

  1. numune yüklemesi
    1. Amorf bir kuvars banjo hücresi ve başka banjo hücreye örnek # 2 (Şekil 2A-i) içine Numune # 1 yükleyin 0.3 ml. İki hücreleri üzerinde kapakları koyun ve kapakları etrafında sıkıca bant sararak onları mühür.
    2. Alüminyum hücre tutucu (Şekil 2A-iii) için ayırıcılar arasında kapalı hücreleri (Şekil 2A-ii) birini yerleştirin ve alüminyum banjo hücre tutucu (Şekil 2B) monte edin. aynı şekilde banjo hücre sahibinin farklı bir dizi ile diğer hücre birleştirin.
    3. EQ-SANS örnek kürek (Şekil 3A) farklı numune pozisyonlarına içine monte hücreleri yükleyin. raket örnek pozisyonların listesini yapın.
  2. ölçümler
    1. Verilen örnek komut atıfta bulunarak, bir enstrüman bilimci yardımı ile bir komut SANS ölçümleri için yapılandırmaları ayarlayın.
      Not: Gerçek SANS ölçümler sırasında kullanılan komut bir örnek kısa bir açıklama ile ek malzeme sağlanmaktadır. Bu örnek, spesifik olarak 9.1 <λ <13.2, 10 mm numune açıklığı, sabit 1,3 m örnek-dedektör mesafede bir ve bir dalga uzunluğu bandı kullanılarak iki numune (Örnek 1 ve 2 #) sans ölçümleri için tasarlanmış 30 mm ışın dur. Örnek komut Örnek # 1 ve # 2 hiç değişiklik yapılmadan kullanılabilir.
      1. 0.4 Å - - 0.01 q-aralığı kapsayan 1, 9.1 Å <bir dalga boyu bandını seçmekλ <13.2 Å ve örnek komut gösterildiği gibi dalga boyu içine dedektör pozisyona 1300 ve 9 girerek 1.3 m örnek-dedektör mesafesi.
      2. 10 mm numune açıklığı ve 30 mm ışın durdurmak kullanmak için, komut ışın durakları ve açıklık xy pozisyonlarını ayarlayın.
      3. hem iletim ve örnek saçılma ölçümleri için numune konumları ve karşılık gelen isimleri ayarlayın.
      4. kiriş süresine tekabül klasöre komut kaydedin.
    2. PyDAS kontrol penceresinde (Şekil 3B) sağ tarafındaki 'Run Komut' tıklayıp kaydedilmiş komut yükleyerek ölçümler yapmak için komut dosyasını yürütün.
    3. Deney tamamlandıktan sonra ölçümlerin tamamlanması alet takımı bilgilendirin.

3. SANS Veri Azaltma ve Analizi

  1. SANS Veri indirgeme süreci
    1. Ölçülen verilerin azaltılması için, Enstrüman ekibinin yardımıyla, analysis.sns.gov sağlanan MantidPlot 23-24 yazılımı kullanın.
      Not: MantidPlot yazılımı çalıştırmak için Ayrıntılı talimatlar analysis.sns.gov web sayfasından bulunabilir.
    2. MantidPlot içinde, arayüzler menüsünden EQSANS azaltma arayüzünü açın. (Arayüz> SANS> ORNL SANS). Girdi veri azaltma süreci için gerekli tüm bilgiler.
      Not: Veri azaltma sürecinde önemli bilgilerin çoğu enstrüman ekibi tarafından sağlanmaktadır. bilgi, ilgili ekran, aynı zamanda, ek malzeme temin edilmiştir.
    3. Girdi 'Azaltma Seçenekleri' sekmesinde gerekli tüm bilgiler.
      1. Girdi standart numune ölçüm mutlak ölçek faktörü. Olan saçılma yoğunluğu bilinen iyi olarak, özelliği, standart numune ölçümü mutlak yoğunluk elde edilir (I (0) = 450 cm - 1) ve bir Debye-Buche saçılma modeli ile uygun. Girdi enstrüman ekibi tarafından sağlanan karanlık akım dosya adı.
      2. 'Katı açı düzeltme', 'Q çözünürlük', 'kullanım yapılandırma dosyası', 'Doğru TOF' ve 'uygulanabilir gibi yapılandırma dosyasından kullanıcı maske' seçeneklerini kontrol edin.
      3. 10 mm numune açıklığı çapı ayarlayın. doğrusal Q binning şeması ile 200 Q bidonları sayısını ayarla. Girdi de enstrüman ekibi tarafından sağlanan maske dosya adı.
    4. Girdi gerekli tüm bilgiler 'Dedektörü' sekmesini tamamlayın.
      1. (Uygun direkt ışın seçeneği ile) 'ışın bulucu kullanın' kontrol edin ve 'duyarlılık düzeltme yapmak'. Boş ışın ölçüm çalıştırmak numarasını kullanarak bir ışın merkezi 'veri dosyası' bulun.
      2. Girdi enstrüman bilim adamı tarafından sağlanan hassasiyeti veri dosyası adı. sırasıyla dakika ve max için 0.5 ve 2.5 izin duyarlılık aralığını ayarlayın. Kontrol &# 39; Kullanım örnek ışın merkezi '.
    5. Girdi 'Data' sekmesi için gerekli tüm bilgiler.
      1. 'Veri dosyası Saçılma' de örnek saçılma çalıştırmak numarasını girin. cm numune kalınlığının belirtin. 'Iletim hesaplayın' seçin.
      2. 'Örnek doğrudan ışın veri dosyası' de örnek iletim çalıştırmak numarasını girin. 'Boş doğrudan ışın veri dosyası' boş ışın çalışma numarasını girin.
      3. 'Arka plan veri dosyasını' kontrol edin ve çalışma numarasını saçılma arka plan girin. 'Iletim hesaplayın' seçin. 'Örnek doğrudan ışın veri dosyası' arka plan iletim çalıştırmak numarasını girin.
        Not: Bu durumda, veri dosyası saçılma boş banjo hücre arka plan saçılması olduğunu.
      4. 'Boş doğrudan ışın veri dosyası' boş ışın çalışma numarasını girin. Genellikle, bu sayı boş ışın çalışma sayısı (3.1.5.2) ile aynıdır.
    6. tıklayın yürütmek için 'azaltın'veri indirgeme.
      Not: Çıktı olarak belirlenen klasöre yazılır ##### _ Iq.txt ##### örnek saçılma dosyasının çalışma numarasıdır. ASCII formatında veri dosyaları için kullanılır.
  2. Model uydurma analiz
    Not: SasView aslen NSF DANSE projesinin bir parçası olarak geliştirilen bir küçük açı saçılma analiz yazılım paketi, ve şu anda tesislerin uluslararası işbirliği (http://www.sasview.org/) tarafından yönetilmektedir. yazılım paketi http://sourceforge.net/projects/sasview/files/ indirilebilir.
    1. SasView çalıştırın ve 'Veri Explorer' penceresinden 'Load Veri' tıklayarak bir veri dosyası yükleyin.
    2. 'Montaj' seçeneği ile 'Gönder' üzerine tıklayın ve açılan pencerede veri arsa kontrol edin.
    3. 'Fit Panel', model kategorisi altında "Şekiller" seçmek ve model açılan kutu "CoreShellCylinderModel" seçeneğini seçin.
      4. <Model eğrisi mümkün olduğunca veri eğrisine kadar yakın olacak şekilde li> parametre değerlerini ayarlayın.
      Not: saçılma uzunluğu yoğunlukları hesaplamak için aracı menüsünden SLD (saçılma uzunluğu yoğunluğu) hesap makinesi kullanın.
    4. Montaj panelde "Kullanım dQ verileri" ve "Kullanım dI Verileri" seçeneğini seçin. uydurma için veri Q aralığını ayarlayın. uydurma verileri yürütmek için 'Fit' üzerine tıklayın.

Atomik Kuvvet Mikroskobu kullanılarak 4. Gerçek uzay Gözlem (AFM)

  1. Spin kaplama kullanılarak Si-gofret üzerinde numune hazırlama
    1. AFM ölçümleri için, örnek # 1 (1.3.3) 0.1 ml örnek çözümü almak ve 1.9 ml de-iyonize su ile karıştırın.
    2. spin kaplayıcı temiz bir Si-gofret (12 mm x 12 mm) yerleştirin. Bir vakum chuck kullanarak gofret pozisyonunu düzeltmek.
    3. sırasıyla, dönüş hızı ve dakika (rpm) başına 1.500 devrimler ve 60 saniye hızında çalışan saati ayarlayın. gofrete açıktaki yüzeyi ıslaksulandırılmış örnek. Spin kaplama başlatın.
    4. Vakum pompası kapatın ve spin kaplayıcı gelen kaplı gofret çıkarın.
  2. AFM ölçümleri
    1. Bir çift taraflı yapışkan bant kullanarak karbon demir diskte spin kaplı gofret (4.1.4) takın.
    2. İlk tarayıcının maruz alanının kenarına yakın numune disk (4.2.1) getirin ve diskin alt yüzeyi tamamen tarayıcının üst kapakları kadar merkeze doğru diski kaydırın.
      Not: Tarayıcının üst kısmında bir mıknatıs güçlü demir diski çekiyor çünkü ani temastan kaçının. Yavaşça disk ve tarayıcı iki kenarı arasındaki bir temas.
    3. tarayıcıya tarama prob mikroskobu (SPM) kafa monte edin ve kablosunu takın.
      Not: Aşırı bakım tarayıcı (dan) onu SPM kafasını hareket veya yerleştirme (kaldırma) ise ödenmelidir. Baş tarayıcı aşamasından ayrıldığında, baş bakan upwa alt yüzeyini tutmakHer zaman rds.
    4. enstrüman tarafından sağlanan kontrol yazılımı çalıştırın ve 'Sistem Yapılandırması' penceresinde dokunarak modunu seçin.
    5. optik mikroskop kaba ve ince topuzlar ayarlayarak ve x- ve y- optik aşamaları hareket ettirerek monitör pencerenin merkezinde konsol ucu yerleştirin.
    6. SPM kafasına lazer hizalama düğmeleri ayarlayarak lazer hizalayın. kabaca konsol için kırmızı lazer nokta bulun ve monitörde gösterilen nokta izleme tarafından konsol ucu ortasına nokta taşıyın.
      Not: Lazer düzgün hizalanmış olduğunda, pembe yansıma nokta lazer hizalama penceresinde görüntülenir.
    7. lazer hizalama penceresinin merkezinde pembe yansıma görüntü bularak dedektörü aynı hizaya getirin. kadran fotodiyot (QPD) sinyali toplamı 2'den büyük V (- 2.4 V 2.1) en az kadar SPM kafasına fotodetektör düğmeleri ayarlayarak.
    8. Dinle Konsol Tuning wi içinde AutoTune kullanarak konsolndow. 1000 kHz - 0 frekans aralığında AutoTune çalıştırın.
    9. Odak topuzlar ayarlayarak mikroskobun odak haline gofret yüzeyini getirin.
    10. 'Motor Stage' penceresinde yukarı ve aşağı okları kullanarak gofret yüzeyine doğru yavaşça konsol ucu sürün. uç örnek yüzeyine dokunuyor önce hareketi durdurun.
      Not: ucu gofret yaklaşırken, ucu bulanık siyah görüntü monitörde görüntülenir ve uç ve gofret yüzey teması yaptığınızda görüntü net olur. ucu fiziksel numune dokunmasına izin vermeyin. Bu zarar numune ve enstrüman hem de. Koyu bulanık görüntü gösterildiğinde ucu durdurun.
    11. Araç çubuğunda meşgul butonuna tıklayın.
    12. İlk büyük çaplı bir görüntü elde etmek için, bir tarama boyutu (5-10 mikron), bir örnekleme numarası (512-1,024) ve açılan pencerede bir tarama hızı (0.5-0.6 Hz) seçin.
    13. Taramayı başlatın. Yavaş yavaş P (oransal kazanç), ben (integral kazancı) ve D (dikey de ayarlamakparçacıklar ve alt tabaka arka plan arasındaki kontrast taranmış görüntüden parçacık şekil ve sınırları net bir şekilde tanımak için çok düşükse flection) değerleri.
      Not: Yeni bir PID değeri kümesi girildiğinde, tarama işlemi otomatik olarak yeniden başlatılır.
    14. Büyük ölçekli görüntüdeki ilgi herhangi bir bölge varsa, tarama boyutu uygun bir set ile tarama yeniden çalıştırın, x-ofset y-ofset ve örneklem sayısı.
    15. ölçümden sonra prob ayırın.
      Not: konsol ucu ve numune üzerinde herhangi bir zarar görmesini önlemek için sonda kafasını kaldırın. İlk sonda kafasını çıkarın ve ardından, numune diski çıkarın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Poloksamer 407 kaplı SWNT nanorod süspansiyonlar iki önemli işlemler ayrılabilir numune hazırlama prosedürü (Şekil 4) kullanılarak imal edildi; ultrasonikasyonla ve santrifüj kullanılarak paketlenmiş agrega tek tek kararlı SWNTs fraksiyonlanması işlemi kullanılarak SWNT yüzeylerinde poloksamer 407 fiziksel tutma işlemi.

SANS saçılma yoğunluğu hazırlanan poloksamer 407 / SWNT / D elde edildi 5ms 20-60 ° yokluğunda (Şekil 5A) C ve varlığında (Şekil 5B) arasında bir sıcaklıkta 2 O örneği. Düşük q bölgelerde 1 davranışa - q ile saçılma yoğunlukları (<0.02 Å - 1) sulu ortamda silindirik çubuk benzeri parçacıkların varlığına işaret etmektedir. 60 ila 20 ° C arasında değişen sıcaklık ile° C veya 5MS katkı maddeleri ilave edilerek, saçılma yoğunlukları açık değişiklikleri gösterir; orta q-bölgede yüksek q bir kayma (0,02-0,05 Å - 1) ve yüksek q bir tepe gelişimi (yaklaşık 0.11 Å - 1) gözlenir. nedeniyle sıcaklık kontrolü ve 5MS-ek Bunlar benzer değişiklikler SWNTs üzerinde poloksamer 407-kapsülleme tabakasının yapısal değişimden kaynaklanmaktadır. Şekil 6A-6D, CNT çekirdek özetlendiği gibi hidrofobik / iç muhafaza / hidre poloksamer 407 tabakası poloksamer 407 kompakt bir silindirik katmanında ile kapsüllenmiş bir SWNT oda sıcaklığında poloksamer 407 küresel miseller ile kapsüllenmiş bir SWNT bir yapısal dönüşüme uğrar daha yüksek bir sıcaklık. yapısal değişim 5MS katkı varlığının ne olursa olsun değişen sıcaklık ile geri döndüğü tespit edildi; hidratlanmış polimer lekeler boyutu geri dönüşümlü olarak 20 ° C ile 60 ° C arasında bir sıcaklıkta kontrol edilmiştir. Bu str sırasındapoloksamer 407 tabakanın uctural değişimi, birkaç poloksamer 407 zincirlerinden oluşmaktadır 45, bir dönme yarıçapı ile küresel poloksamer 407 misel, dönme yarıçapı daha kompakt SWNT çekırdeğı çevreleyen tek zincirli lekeler bir dizi haline 30 Å.

Sıcaklık kontrol ve aromatik hem de katkı maddelerinin üzerine yapısal değişim polimer, su ve SWNTs arasındaki moleküller arası etkileşimlerin değişimlerden türden. Artan sıcaklık ile PPO ve PO'nun blok artan hidrofobiklik, su ile daha SWNT ana yüzeyleri ile adsorbe polimerlerin güçlü etkileşime neden olur. 21 bir sonucu olarak, adsorbe polimerler daha verimli bir şekilde hidrofobik çekirdek kapak ve azaltmak için yüksek bir sıcaklıkta daha kompakt kapsülleme tabakasının oluşturulması arayüzey serbest enerji. Bu eğilim nedeniyle daha fazla SWNT ve benzen arasındaki tercihli etkileşim, 5ms huzurunda teşvik edilebilir5ms yanı sıra 5ms güçlü eğilim halka 407 21,22 Özellikle ölçüldü iç kabuk kalınlığı (Şekil 6B), yaklaşık 3 Å yakın 5MS moleküller ve SWNT yüzeyler arasındaki düzlemsel mesafeye bağlı olduğu poloksamer ile bağlamak için 21 katma 5MS SWNT yüzey alanını işgal ve polimerler bir dostu bir arayüz sağlamak için tercih öngörü ile iyi bir uyum içindedir.

SANS çalışma için tamamlayıcı bir araştırma olarak, poloksamer 407 / SWNT nanorods bir AFM kullanarak gerçek alan gözlendi. Şekil 7A ve 7B, bir Si gofret üzerine eğirme kaplanmıştır poloksamer 407 / SWNT nanoçubuklar modu AFM görüntüleri dokunarak edilmiştir. Bu AFM görüntüler sadece susuz nanoçubuklar bir kurutulmuş morfoloji gösterir de, de-donatılacak ve SWNTs dispersiyonu kanıt da nanoçubuklar uzunluğu dağılımını sağlar.

keep-together.within-page = "1"> Şekil 1
Şekil SWNT stabilizasyon için ultrasonication sürecinin 1. Anlık. Ucu batırılmış olan bir numune tüpü bir su banyosu içine konur. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
(I) bir banjo hücresi (ii) ayırıcılar, ve (iii) bir taşıyıcı da dahil olmak üzere Şekil 2. Alüminyum banjo hücresi SNS de EQ-SANS deney için tutucu (A). Demonte parçalar. (B) Montajlı parçalar. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

3 "src =" / files / ftp_upload / 53969 / 53969fig3.jpg "/>
Şekil 3. Standart EQ-SANS deney ortamları. (A) Örnek kabini ve ışın hattında (B) kontrol yazılımı. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Poloksamer 407 / SWNT Şekil 4. basitleştirilmiş numune hazırlama prosedürü (örnek # 1) ve poloksamer 407 / SWNT / 5MS (örnek # 2) süspansiyonlar yer alır. Bu son süspansiyonlarda SWNTs ve poloksamer 407 arasındaki kütle oranı TGA (Termogravimetrik analiz ile ölçülmüştür ), dondurularak kurutulduktan (*) eklenmiştir. (Bu rakam ref izni ile modifiye edilmiştir. 21. Telif hakkı 2015 American Chemical Society).k "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
60 ° C. (A) Poloksamer 407 / SWNT / D 2 O numune 20 ° C bir sıcaklık aralığında ölçülmüştür Şekil 5. SANS yoğunlukları. (B) Poloksamer 407 / SWNT / 5MS / D 2 O örnek. düz çizgiler değiştirilmiş çekirdek / kabuk / zincir modelini kullanarak SANS verilere uyan elde eğriler vardır. Q - 0.01 Å etrafında düşük q bölgelerinde 1 davranış - 1 süspansiyonlar çubuk benzeri parçacıkların varlığına işaret etmektedir. eğrileri netlik için kaydırılmıştır. (Bu rakam ref. 21. Telif 2.015 izni ile modifiye edilmiş, American Chemical Society). Bu figu büyük halini görmek için tıklayınızyeniden.

Şekil 6,
Şekil sans model uyum analizi kapsülleme tabakaların 6. ayrıntılı yapısı. (A) yarıçap yokluğunda SWNT yüzeylerinde dönme poloksamer 407 zincirli lekeler (Rg) ve hidrofobik iç kabuk tabakadan (B) kalınlığının (T 1) arasında 20 ° C ila 60 ° C'ye kadar bir sıcaklık aralığı içinde (elmas) ve 5-Methylsalicylic asit (5 ms) varlığı (kare). R g tersinir ne olursa olsun 5ms varlığından (içinde bir haç ile dolu işaretleyici) işlemleri ısıtma (dolu işaretleyici) üzerinden ısısını kontrol ve soğutma değiştirildi. (CD) şematik enine kesit diyagramı, oda sıcaklığında (üst) ve artan sıcaklık ya da katkı maddeleri (alt) ekleme ile yapısal değişikliklere poloksamer 407 / SWNT nanoçubuklar SANS analizi göstermiştir. (Bu rakam has ref izni ile modifiye edilmiştir. 21. Telif hakkı 2015 American Chemical Society). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 7,
Si-gofret Spin-kaplı Poloksamer 407 / SWNT nanoçubuklar Şekil 7. dokunulduğunda modu AFM görüntüleri. (A) yükseklik kanal görüntü z-yönlü kalınlık bilgi sağlar. (B) dokunarak genlik kanal görüntü biriken nanopartiküller net sınırlar sunar. Ölçek çubuğu: 1 mikron. (Bu rakam gelen ref. 21. Copyright 2015 izni ile modifiye edilmiş, American Chemical Society). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

SANS AFM ölçümleri SWNTs başarılı-de birlikte ve ayrı ayrı, bir poloksamer 407 üçlü blok kopolimeri ile sulu çözelti içinde dağılmış olduğunu göstermiştir. Bu örnek hazırlama yönteminde, ultrasonikasyon ve santrifüj işlemleri nihai süspansiyon özelliklerinin belirlenmesine önemli adımlardır. çözelti içinde bir araya paketlemek için kaplanmamış SWNTs zorlar SWNTs arasındaki güçlü etkileşim, blok kopolimerleri bireysel SWNTs stabilize etmek için aşılması gerekmektedir. uygun bir şekilde uzun bir süre için de yeterli enerji elde polimerler, enerji engelleyici başarılı SWNT stabilize sağlar. Bununla birlikte, süspansiyon tüm SWNT demetleri çıkarmak çok zordur ve bu nedenle, paya ayırma işlemi, aynı zamanda, yüksek saflıkta ve kalite örnekleri üretmek için çok önemlidir. sonikasyon gücüyle, santrifüjleme hızı ve süpernatanın toplanması hacminde Optimizasyonu gerekirse örnekteki bir gelişmesaflık ve verim oranı gereklidir.

Bu yöntem kullanılarak, çeşitli büyüklüklerde termo-tersinir CNT / polimer nanopartikülleri triblok kopolimerin moleküler ağırlığı değiştirilerek imal edilebilir. Belirli bir çapa sahip olduğu karbon nanotüpleri seçici çözünür böylece amfifilik blok kopolimerleri kullanılarak Karbon nanotüplerin sabitleme boyut seçiciliği gösterir tahmin edilmiştir. Bu çalışmada 25 SANS analizi, sentezlenen nanoçubuklar içinde SWNT çekirdekli bir çapa sahip olduğunu ortaya koymaktadır ortalama olarak yaklaşık 7.2 Å. Bu poloksamer 407, hatta 7-14 Å bir çapa sahip olduğu bilinmektedir HiPCo (yüksek basınç karbon monoksit) SWNTs arasında 7-8 civarında, nispeten küçük bir çapa sahip SWNTs çözünür olabilir anlamına gelir. 26 Bu nedenle, rasyonel bir seçim molekül ağırlığı ve PEO-PPO-PEO polimerlerde PEO / PPO kütle oranı ya tek duvarlı veya çok duvarlı karbon nanotüpler dikkate kullanmak için değil sadece araştırmacıları sağlarkendi çapının daha az değil, aynı zamanda boyut seçici bu strateji üzerinden polimer CNT hibrid nanorods imal.

PEO-PPO-PEO polimer kaplı CNT nanoçubuklar çeşitli benzer hazırlama prosedürüne hazırlanabilir rağmen, gerçek alan ayrıntılı yapının vasıflandırılması için yöntemler oldukça sınırlıdır. Yaygın olarak kullanılan optik mikroskop aletleri için çok küçük bir tanecik boyutuna uygun değildir. Elektron mikroskobu (EM) ve AFM teknikleri de sınırlamaları vardır. Kuru EM ve AFM teknikleri gerekli çözücü buharlaştırma yerinde karakterizasyonu önler ve morfoloji değişikliği neden olabilir ve kriyo-EM sıcaklık söndürme sıcaklık kontrolü gerçek zamanlı gözlem önler. Böylece, küçük açı saçılma teknikleri kullanılarak q-uzayda yapısal karakterizasyonu Bu sistemde temel ve herhangi bir diğer gerçek uzay gözlem tamamlayıcı bir yaklaşım olarak sağlanabilir eğer o da daha güçlüdür.

21

Bu çalışma sayesinde, elde edilen hibrit nanopartiküller, kapsülleme yapısının hassas bir sıcaklığa bağlı bir cevap sergilediği gösterilmiştir. Bu sistemler yüksek sipariş nanoyapılarda içine kendini monte ve kimin içi ve kurumlar arası parçacık yapıları geri dönüşümlü olarak dış uyaranlara bir cevap olarak kontrol edilir akıllı fonksiyonel yapı taşları için ilginç bir model sunuyoruz. sunulan teknik, iyi sıralı kendi kendini monte sistemleri üretiminde kendisini ödünç olsa da, hala cihazlarda kullanılabilir önce üstesinden gelinmesi gereken zorluklar vardır. Örneğin, sonikasyon sonrasında CNT tam olarak üç boyutlu düzeni sınırlama uzunluğu homojen değildir. Bununla birlikte, şekil-ayarlanabilir nano-yapı bloklarının imalatı başarılı tasarımı doğru umut verici bir fırsatkendi kendini monte akıllı fonksiyonlu malzemeler.

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)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kostarelos, K., Bianco, A., Prato, M. Promises, facts and challenges for carbon nanotubes in imaging and therapeutics. Nat Nanotechnol. 4 (10), 627-633 (2009).
  2. Baughman, R. H., Zakhidov, A. A., de Heer, W. A. Carbon nanotubes--the route toward applications. Science. 297 (5582), 787-792 (2002).
  3. Wang, J. Carbon-nanotube based electrochemical biosensors: a review. Electroanal. 17 (1), 7-14 (2005).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Kim, S. W., et al. Surface modifications for the effective dispersion of carbon nanotubes in solvents and polymers. Carbon. 50 (1), 3-33 (2012).
  7. Moore, V. C., et al. Individually suspended single-walled carbon nanotubes in various surfactants. Nano Lett. 3 (10), 1379-1382 (2003).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Yang, Z., et al. Noncovalent-wrapped sidewall functionalization of multiwalled carbon nanotubes with polyimide. Polym Composite. 28 (1), 36-41 (2007).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Zheng, M., et al. DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes. Nat Mater. 2 (5), 338-342 (2003).
  14. 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).
  15. Chen, J., et al. Noncovalent engineering of carbon nanotube surfaces by rigid, functional conjugated polymers. J Am Chem Soc. 124 (31), 9034-9035 (2002).
  16. Jones, M. C., Leroux, J. C. Polymeric micelles-a new generation of colloidal drug carriers. Eur J Pharm Biopharm. 48 (2), 101-111 (1999).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Alvarez, R., et al. Mantid 3.4: Manipulation and Analysis Toolkit for Instrument Data. Mantid Project. , (2015).
  25. 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).
  26. Nikolaev, P., et al. Gas-phase catalytic growth of single-walled carbon nanotubes from carbon monoxide. Chem. Phys Lett. 313 (1), 91-97 (1999).

Tags

Kimya Sayı 112 Karbon nanotüpler karbon nanotüpler blok kopolimerler kendini montaj küçük açılı nötron saçılması termo-tersinir bir işlevsellik
Küçük açılı Nötron Saçılma tarafından Thermo-geri dönüşümlü Blok Kopolimer ve Karakterizasyonu Tek duvarlı Karbon Nanotüpler işlevselleştirilmesi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Han, Y., Ahn, S. k., Zhang, Z.,… More

Han, Y., Ahn, S. k., Zhang, Z., Smith, G. S., Do, C. Functionalization of Single-walled Carbon Nanotubes with Thermo-reversible Block Copolymers and Characterization by Small-angle Neutron Scattering. J. Vis. Exp. (112), e53969, doi:10.3791/53969 (2016).

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