Brug af Polystyrene-

Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Protocol

Forsigtig: Se venligst alle relevante materiale sikkerhedsdatablade (MSDS). Nogle kemikalier, der anvendes i disse synteser er ætsende, giftige og muligvis kræftfremkaldende. Nanomaterialer kan have indregnede farer i forhold til deres bulk-kolleger. Brug venligst passende sikkerhedsforanstaltninger, når du udfører reaktion, herunder brug af stinkskabet og personlige værnemidler (sikkerhedsbriller, handsker, kittel, fuld længde bukser, lukkede toe sko, etc.).

1. Syntese af metalnanopartikler

Bemærk: Alle glasvarer, der anvendes i synteser vaskes med kongevand (ADVARSEL: stærkt sure og ætsende, håndtag med forsigtighed og bortskaffes efter reglerne), skylles grundigt, og derefter tørret i 60 ° C ovn. Metal urenhed eller rest kan føre til for tidlig nukleering og svigt af nanopartikel syntese.

  1. Syntese af 16 og 32 nm Au nanopartikler (AuNPs)
    1. Opløs 10 mg hydrogen tetrachloroaurate (III) hydrat (HAuCl 4 ∙ 3H 2 O) i 100 ml deioniseret (DI) vand i en rundbundet kolbe udstyret med en kondensator og en omrører.
    2. Under omrøring på, opvarmes opløsningen til tilbagesvaling (kogning, 100 ° C). Den gule farve af HAuCl 4 forbliver uændret.
    3. Der fremstilles en 1% natriumcitrat opløsning ved at opløse 30 mg natriumcitrat i 3 ml DI-vand.
    4. For at syntetisere 16 nm AuNPs tilføre 3 ml 1% natriumcitrat opløsning (1.1.3) i det kogende HAuCl 4-opløsning (1.1.2). Opløsningen bliver grå inden for 1 min, og derefter gradvist bliver rød.
      1. At syntetisere 32 nm Au NP'er bruge 1,5 ml af natriumcitratopløsning stedet. Den mindre mængde reduktionsmiddel fører til mindre omfattende homogen nukleering, således at hver kerne kan vokse sig større.
    5. Hold opløsningen ved kogning i yderligere 30 minutter, og derefter køle ned til stuetemperatur til anvendelse i de efterfølgende reaktioner.
    6. Conopstramme størrelsen og morfologien af ​​de resulterende AuNPs ved transmissionselektronmikroskopi (TEM).
      1. For at forberede TEM prøve, først koncentrere AuNPs ved at overføre 1,5 ml af den som syntetiseret opløsning i et mikrocentrifugerør, og centrifugeres det ved 16.000 xg i 15 min. Efter fjernelse af transparente supernatant, droppe en 10 pi alikvot af remanensen opløsningen på en TEM kobbernet. Wick det overskydende flydende prøve ved anvendelse af et filtrerpapir og tør kobbernet i luft.
      2. At gennemføre TEM karakterisering, indlæse kobber gitter prøven i TEM holderen, fastgøre prøven, og indlæse holderen i prøven kammer efter standard drift procedurer (specifikke for den type / mærke af instrumentet). 22
  2. Syntese af Au nanorods (AuNRs)
    1. Forbered frøet løsning. Under kraftig omrøring tilsættes 0,6 ml 10 mM isafkølet natriumborhydrid (NaBH4) til 10 ml 0,25 mM HAuCl 4 2 O fremstillet i 0,1 M hexadecyltrimethylammoniumbromid (CTAB) opløsning. Fortsæt omrøring i 10 minutter.
    2. Tilsættes 95 ml 0,1 M CTAB, 1 ml 10 mM sølvnitrat (AgNO3), 5 ml 10 mM HAuCl 4 ∙ 3H 2 O i sekvens i en 200 ml konisk kolbe.
    3. Tilsættes 0,55 ml 0,1 M L-ascorbinsyre til opløsningen, og ryst forsigtigt at homogenisere opløsningen.
    4. Straks tilsættes 0,12 ml af kimet opløsning (trin 1.2.1). Bland opløsningen ved forsigtig omrystning og lad det uforstyrret O / N (14-16 timer).
  3. Syntese af t -Te nanotråde (TeNWs)
    1. Forbered 10 ml N 2 H 4-opløsning ved at blande 1 ml ublandet N 2 H 4 · H2O med 9 ml deioniseret vand.
    2. Tilføje 16 mg Teo 2 pulver langsomt til N 2 H 4-opløsning (trin 1.3.1) i et bægerglas ved stuetemperatur under konstant omrøring. I omkring 10 min, pulveret opløses fuldstændigt. Den Solution ville ændre fra farveløs til ravfarvet, til lilla, og i sidste ende til blå, hvilket indikerer dannelsen af t -Te nanotråde.
    3. Opløsningen fortyndes 10 gange med natriumdodecylsulfat (10 mM) for at afslutte reaktionen. Den blå farve af opløsningen bliver mindre intens efter fortyndingen.

2. Syntese af PSPAA Encapsulated Metal Nanopartikler (monomererne)

Bemærk: I det følgende anvendes præcise mængder til at opnå en præcis forhold mellem den endelige / vand opløsningsmiddelblanding DMF. Fordi volumen resten efter centrifugering og udvinding af supernatanten er altid anderledes, groft måle volumen resten med pipette og derefter kompensere for dette volumen når du tilføjer DMF / vand til at foretage de endelige løsninger. Små variationer på opløsningsmidlet forhold er normalt ikke et problem.

  1. Indkapsle AuNPs (d Au = 16 nm, 32 nm) med PSPAA (AUNP @ PSPAA)
    1. Oprensning af AUNPopløsning. Tilsættes 3 ml som syntetiseret AUNP opløsning (trin 1.1) til to mikrocentrifugerør (1,5 ml hver), centrifugeres ved 16.000 xg i 15 minutter og fjern supernatanten. Den koncentrerede opløsning (~ 20 pi) med 160 pi DI vand fortyndes.
    2. Forbered PSPAA stamopløsning ved at opløse 8 mg PSPAA (PS 154 - b -PAA 49 eller PS 144 - b -PAA 22) i 1 ml DMF.
    3. Forbered en PSPAA løsning ved at blande 740 ul DMF med 80 ul PS 154 - b -PAA 49 stamopløsning. Til indkapsling af AuNPs i PS 144 - b -PAA 22 skaller, bruger 80 pi PS 144 - b -PAA 22 stamopløsning.
    4. I et hætteglas, tilsæt AuNPs (~ 180 pi løsning, trin 2.1.1) til 820 ul af PSPAA opløsning (trin 2.1.3). Den endelige blanding har et volumen på 1 ml med V DMF / V H2O = 4,5: 1.
    5. Tilføj 40 piopløsning af 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphothioethanol (P-SH) i ethanol (2 mg / ml).
    6. Inkuber blandingen ved 110 ° C i 2 timer for at tillade polymer selvsamling.
    7. Langsomt opløsningen afkøles til stuetemperatur i oliebad. Prøven kan opbevares ved denne tilstand i ugevis.
    8. Bekræft dannelsen af ​​AUNP @ PSPAA med TEM.
      1. For at forberede TEM prøven koncentreres AUNP @ PSPAA ved at overføre 200 pi som syntetiseret opløsning i et mikrocentrifugerør, tilsættes 1,3 ml DI-vand og centrifugeres den ved 16.000 xg i 15 min.
      2. Bland en 5 pl portion af koncentreret prøveopløsning med 5 pi af 1% ammoniummolybdat farveopløsning (Bemærk: pletten er anvendt til prøver indeholdende PSPAA at forbedre kontrasten af ​​polymererne), og slip blandingen på en TEM kobbernet. Wick det overskydende flydende prøve ved anvendelse af et filtrerpapir og tør kobbernet i luft.
  2. Indkapsle AuNRs med PSPAA (AuNR @ PS <sub> 154 - b -PAA 49)
    1. Oprense som syntetiseret AuNR opløsning (trin 1.2) to gange for at fjerne det overskydende CTAB. Tilsæt 3 ml af AuNR opløsningen i to mikrocentrifugerør, centrifugeres dem på 8.100 xg i 15 min. Efter fjernelse af supernatanten, tilsættes 1,5 ml DI-vand og centrifugeres igen for at fjerne supernatanten.
    2. Kombiner de koncentrerede AuNR løsninger, og der tilsættes 160 pi af DI vand.
    3. I et hætteglas, tilsæt AuNR opløsning (~ 180 pi) til 820 pi af PS 154 - b -PAA 49 opløsning (trin 2.1.3). Den endelige blanding har et volumen på 1 ml med V DMF / V H2O = 4,5: 1.
    4. Tilsæt 40 ​​gl opløsning af 2-naphthalenthiol (NPSH) i ethanol (2 mg / ml) til blandingen.
    5. Inkuber blandingen ved 110 ° C i 2 timer for at tillade polymer selvsamling.
    6. Langsomt opløsningen afkøles til stuetemperatur.
  3. Indkapsle TeNWs med PSPAA (TeNW @ PS 154- B -PAA 49)
    1. Oprense as-syntetiserede TeNWs (trin 1.3) for at fjerne det overskydende SDS. Tilsæt 3 ml af TeNW opløsningen i to mikrocentrifugerør, og centrifugeres dem på 2.900 x g i 10 min. Efter fjernelse af supernatanten, tilsættes 1,5 ml ethanol og centrifugeres rørene igen. Gentag denne oprensningsproces en gang mere (i alt 3 runder af centrifugering).
    2. Kombiner de koncentrerede TeNWs løsninger, og der tilsættes 160 pi af DI vand.
    3. Tilsæt TeNWs opløsning (~ 180 pi) til 820 pi PS 154 - b -PAA 49 opløsning (trin 2.1.3). Den endelige blanding har et volumen på 1 ml med V DMF / V H2O = 4,5: 1.
    4. Inkuber blandingen ved 110 ° C i 2 timer.
    5. Langsomt opløsningen afkøles til stuetemperatur.
  4. Indkapsler kulstofnanorør (CNTs) med PSPAA (CNT @ PS 154 - b -PAA 49)
    1. Bland 730 pi DMF med 80 pi af PS 154- B -PAA 49 stamopløsning (trin 2.1.2).
    2. Sprede omkring 0,05 mg single-væg CNTs i PS 154 - b -PAA 49 løsning.
      Bemærk: Det er svært at måle den lille vægt af CNTs; sædvanligvis 0,2 mg CNTs vejes og omkring ¼ af prøven (ved skønnet volumen) tilsættes.
    3. Sonikeres blandingen i et is-vandbad, indtil det bliver en transparent mørk opløsning. Brug den klare opløsning og kassér de uopløselige restkoncentrationer CNTs.
    4. Tilføj 180 pi DI H2O dråbevis til opløsningen. Den endelige blanding har et volumen på 990 pi med V DMF / V H2O = 4,5: 1.
    5. Sonikeres opløsningen ved ca. 50 ° C i 2 timer.
    6. Langsomt opløsningen afkøles til stuetemperatur.
  5. Forbered sfæriske miceller af PS 154 - b- PAA 49.
    1. Tilføje 80 pi af PS 154 - b -PAA 49 stamopløsning (trin 2.1.1) til 740 μl DMF, hvorefter der tilsættes 180 pi vand, hvilket gør en opløsning af V DMF / V H2O = 4,5: 1.
    2. Inkubér polymeropløsningen ved 110 ° C i 2 timer.
    3. Langsomt opløsningen afkøles til stuetemperatur.

3. Homo-polymerisation af PSPAA indkapslede metalnanopartikler

  1. Syntese af single-line kæder fra AUNP @ PSPAA
    1. Rense AUNP @ PSPAA.
      1. Fortynd 800 pi af as-syntetiserede AUNP @ PSPAA (afsnit 2.1) med 11,2 ml vand, opdele løsningen i individuelle mikrocentrifugerør (1,5 ml hver), og centrifugeres dem på 16.000 xg i 30 min. Gennemføre to separate reaktioner, ved hjælp af de 16 nm AuNPs indkapslet i PS 154 - b -PAA 49 og de ​​32 nm AuNPs indkapslet i PS 144 - b -PAA 22 som monomerer.
      2. Fjern og kassér supernatanten, tilsættes 1,5 ml 0,1 mM NaOH (pH = 10) til hvert rør og centrifugeres dem again ved 16.000 xg i 30 min for at fjerne supernatanten.
        Bemærk: pH af NaOH anvendes til centrifugering i rensningsprocessen bør ikke være for høj. Højere pH vil føre til aggregering under centrifugeringen, og remanensen basen vil omfatte virkningerne af syre i trin kæden-vækst, hvilket fører til globulære aggregater.
    2. Dispergere koncentrerede AUNP @ PSPAA (kombinere alle rørene) i 1 ml DMF / H2O (V DMF / V H2O = 6: 1) i et hætteglas, og der tilsættes 5 pi 1 M HCI.
      Bemærk: Det er vigtigt at kontrollere remanensen NaOH og tab af AUNP @ PSPAA i de foregående trin, således at HCl beløb, der kræves i samleprocessen er konsistent mellem de forskellige batches. Vortexes reaktionsblandingen før inkubation for at sikre fuldstændig blanding af bestanddelene.
    3. Inkuber blandingen ved 60 ° C i 2 timer for at tillade aggregering, sammenvoksning og morfologisk transformation af core-shell nanopartikler.
    4. Afkøl blandingen til stuetemperatur.
    5. For homo-polymerisation af AuNR @ PS 154 - b -PAA 49 og TeNW @ PS 154 - b -PAA 49, følger de samme procedurer, herunder rensningsprocesser.
      Bemærk: I forsøgene, er plast mikrocentrifugerør typisk anvendes til oprensning og centrifugering, og hætteglas anvendes til reaktioner ved forhøjet temperatur. De PSPAA overtrukne nanopartikler er sædvanligvis stabile i opløsninger, bortset fra at når dispergeret i høj DMF indhold opløsning i mikrocentrifugerør, vil de klæbe til plastoverfladen. For at undgå denne situation, er high-DMF indhold løsninger af nanopartiklerne kun udarbejdet i hætteglas.
  2. Syntese af dobbelt-line kæder fra AUNP @ PSPAA
    1. Oprens AUNP @ PSPAA (ved at følge trin 3.1.1). Kun de 16 nm AuNPs indkapslet i PS 154 - b -PAA 49 skaller er blevet testet. Dispergere koncentrerede AUNP @ PSPAA i 1 ml DMF / H2O (V DMF / V H2O = 7: 3) ​​i et hætteglas, og der tilsættes 5 pi 1 M HCI.
    2. Inkuber blandingen ved 60 ° C i 2 timer.
    3. Afkøl blandingen til stuetemperatur.
  3. Oprensning af nanopartikel kæder
    Bemærk: Den as-syntetisere løsninger indeholder produktet nanopartikler kæder, små kæder / klynger, store agglomerater AUNP @ PSPAA monomerer, tomme PSPAA miceller, DMF og overskydende syre.
    1. Fjern den tomme PSPAA miceller, DMF og syre.
      1. Fortynd 800 pi af as-syntetiserede opløsning med 11,2 ml 0,1 mM NaOH, opdele opløsningen i individuelle mikrocentrifugerør (1,5 ml hver), og centrifugeres dem ved 16.000 xg i 30 min.
      2. Tilsættes 1,5 ml 0,1 mM NaOH for at fortynde de koncentrerede opløsninger, og centrifuger rørene igen ved 16.000 x g i 30 min. Gentag dette trin en gang mere.
    2. Berige AuNPskæder
      Bemærk: Den rensede opløsning indeholder produktet nanopartikler kæder, små kæder / klynger, og AUNP @ PSPAA monomerer. De blev separeret ved differentiel centrifugering.
      1. Centrifugeres røret ved 300 xg i 25 min for at isolere og fjerne de store agglomerater.
      2. Opsaml supernatanten centrifugeres den ved 2.000 xg i 30 min. Fjern supernatanten indeholdende hovedsagelig monomerer og små kæder / klynger.
      3. Saml bunden løsning, fortynde det i 1,5 ml 0,1 mM NaOH, og centrifugeres ved 2.000 xg i 20 min for at fjerne overskydende monomerer. Gentage processen en gang mere.
        Bemærk: pH af NaOH anvendt i centrifugeringen i alle oprensningsproces bør ikke være for høj. Højere pH vil føre til aggregering under centrifugeringen, hvilket forårsager dannelsen af ​​kugleformede aggregater.
  4. Transformation af single-line nanopartikel kæder til at dobbeltklikke / triple-line kæder
    1. Rense single-line kæder(Trin 3.3.1, uden berigende trin).
    2. Koncentrat 800 pi af den rensede opløsning til ~ 20 pi ved centrifugering.
    3. At omdanne til dobbelt-line kæder, dispergere opløsningen i 1 ml DMF / H2O opløsningsmiddelblanding (V DMF / V H2O = 7: 3), og der tilsættes 2,5 pi 1 M HCI, [HCl] Endelig = 2,5 mM. At omdanne til triple-line kæder, bruge 1 ml DMF / H2O (V DMF / V H2O = 3: 2) og 2,5 mM [HCl] endelig.
    4. Inkubere opløsningen ved 70 ° C i 1 time for at tillade omdannelse af nanostrukturer.
    5. Langsomt opløsningen afkøles til stuetemperatur.

4. Co-polymerisering af PSPAA indkapslede Metal Nanopartikler

  1. Tilfældig co-polymerisation af 16 nm AUNP @ PS 154 - b -PAA 49 og 32 nm AUNP @ PS 144 - b -PAA 22. Processen er meget lig Step3.1 bortset fra, at to monomerer anvendes.
    1. Rense de to typer som-syntetiseret AUNP @ PSPAA separat (trin 3.1.1).
    2. Dispergere opkoncentreret 16 nm AUNP @ PS 154 - b -PAA 49 og 32 nm AUNP @ PS 144 - b -PAA 22 i forholdet 1: 1 i 1 ml DMF / H2O-blanding (V DMF / V H2O = 6: 1).
    3. Tilsættes 5 pi 1 M HCI, [HCl] Endelig = 5 mM.
    4. Inkubere opløsningen ved 60 ° C i 2 timer for at tillade co-samling af nanopartiklerne.
    5. Opløsningen afkøles til stuetemperatur.
  2. Tilfældig co-polymerisation af 16 nm AUNP @ PS 154 - b -PAA 49 og AuNR @ PS 154 - b -PAA 49
    1. Rense AUNP @ PS 154 - b -PAA 49 og AuNR @ PS 154 - b -PAA 49 separat (trin 3.1.1).
    2. Sprede AUNP @ PS 154 - b -PAA 49 og AuNR @PS 154 - b -PAA 49 i forholdet 1: 1 i 1 ml DMF / H2O-blanding (V DMF / V H2O = 6: 1).
    3. Tilsættes 5 pi 1 M HCI, [HCl] Endelig = 5 mM.
    4. Inkubere opløsningen ved 60 ° C i 2 timer for at tillade co-samling af nanopartiklerne.
    5. Opløsningen afkøles til stuetemperatur.
  3. Tilfældig co-polymerisation af 16 nm AUNP @ PS 154 - b -PAA 49 og PS 154 - b -PAA 49 miceller
    1. Oprensning af 16 nm AUNP @ PS 154 - b -PAA 49 (trin 3.1.1).
    2. Tilsæt koncentreret AUNP @ PS 154 - b -PAA 49 og 60 ul af sfæriske PS 154 - b -PAA 49 miceller (trin 2.5) i 940 ml DMF / H 2 O. I den endelige opløsning, V DMF / V H2O = 6: 1.
    3. Tilsættes 5 pi 1 M HCI, [HCl] Endelig = 5 mM.
    4. <li> inkuberes opløsningen ved 60 ° C i 1,5 timer.
    5. Opløsningen afkøles til stuetemperatur.
  4. Tilfældig co-polymerisering af AUNP @ PS 154 - b -PAA 49 og PS 154 - b -PAA 49 vesikler
    1. Følg de samme procedurer som trin 4.3.1-4.3.3.
    2. Inkubere opløsningen ved 60 ° C i 6 timer for at tillade form transformation af PSPAA cylindre til vesikler.
    3. Opløsningen afkøles til stuetemperatur.
  5. Blok-copolymerisation af TeNWs med AuNPs
    1. Rense 16 nm AUNP @ PS 154 - b -PAA 49 og TeNW @ PS 154 - b -PAA 49 (trin 3.1.1)
    2. Dispergere koncentrerede TeNW @ PS 154 - b -PAA 49 i 1 ml DMF / H2O-blanding (V DMF / V H2O = 6: 1)
    3. Tilsæt 2 pi 1 M HCI.
    4. Inkuber blandingen ved 60 ° C i 20 minutter.
    5. Tilsæt koncentreret 16 nm AUNP @ PS 154 - b -PAA 49 og 3 pi 1 M HCI.
    6. Inkuber blandingen ved 60 ° C i 2 timer.
    7. Opløsningen afkøles til stuetemperatur.
    8. For blok-copolymerisation af CNTs med AuNPs, følger de samme procedurer som trin 4.5.1-4.5.7 ved hjælp CNT @ PS 154 - b -PAA 49 (trin 2.4).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Nanopartikel monomerer og kæder er kendetegnet ved TEM. Figur 1 viser de repræsentative TEM billeder af PSPAA indkapslede monomerer, bekræfter morfologier og størrelser (figur 1). Som nogle monomerer typisk forblive i prøven efter "polymerisering" prøven normalt renset og koncentreret inden den anvendes til TEM karakterisering. En plet blev indført under fremstillingen af ​​TEM prøver ved blanding prøveopløsningen med 1% ammoniummolybdat, for at gøre polymeren shell med klar kontrast i TEM billeder. De repræsentative TEM billeder af "homo-polymerer" og "co-polymerer" er vist i figur 2 og figur 3.

Figur 1
Figur 1. TEM billeder af monomerer.(A) 16 nm AUNP @ PS 154 - b -PAA 49, (B) 32 nm AUNP @ PS 144 - b -PAA 22, (C) AuNR @ PS 154 - b -PAA 49, (D) TeNW @ PS 154 - b -PAA 49, (E) CNT @ PS 154 - b -PAA 49 og (F) PS 154 - b -PAA 49 miceller. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
. Figur 2. TEM billeder af "homo-polymerer" af nanopartikler (A) Single-line kæder af 16 nm AUNP indkapslet i PS 154 - b -PAA 49, (B) single-line kæder af 32 nm AuNPs indkapslet i PS 144 - b -PAA 22, (C) dobbelt-line kæder af 16 nm AuNPs indkapslet i PS 154 - b -PAA 49 og (D) single-line kæder af AuNR @ PS 154 - B -PAA 49. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3. TEM billeder af "co-polymerer" af nanopartikler (A) tilfældige kæder af 16 nm AUNP indkapslet i PS 154 - b. -PAA 49 og 32 nm AUNP indkapslet i PS 144 - b -PAA 22, (B) random kæder af 16 nm AUNP indkapslet i PS 154 - b -PAA 49 og AuNR @ PS 154 - b </ Em> -PAA 49, (C) tilfældige kæder af 16 nm AUNP indkapslet i PS 154 - b -PAA 49 og PS 154 - b -PAA 49 miceller, (D) tilfældige kæder af 16 nm AUNP indkapslet i PS 154 - b -PAA 49 og PS 154 - b -PAA 49 vesikler, (E) blok kæder af CNT @ PS 154 - b -PAA 49 og 16 nm AUNP indkapslet i PS 154 - b -PAA 49. (F) blok kæder af TeNW @ PS 154 - b -PAA 49 og 16 nm AUNP indkapslet i PS 154 - b -PAA 49. Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De mekanistiske oplysninger om de synteser rapporteres og diskuteres i de tidligere udgivelser. 20,21 Her fokuserer vi på de rationaler for de syntetiske betingelser. Til polymerisation af nanopartikler, foretrækkes det, at nanopartikler af ensartet størrelse anvendes. Vi følger litteraturen for at opnå ensartede Au nanopartikler, 23 Au nanorods, 24 og Te nanotråde. 25 Generelt, bedre størrelse ensartethed kan opnås, når kernedannelsespunkterne og vækst etaper er adskilt. 26 Efter den indledende udbrud af homogene nukleær, alle kerner vokse i samme tempo for en samme periode, hvilket giver nanopartikler af lignende størrelser. Således er størrelsen af ​​nanopartiklerne afhænger af den samlede mængde af vækst materiale og det samlede antal kerner dannet i den indledende fase nukleering.

Indkapslingen af nanopartiklerne efter PSPAA er tidligere blevet rapporteret og diskuteret. 27-29 Den drivendekraft PSPAA selv-samling er den fase adskillelse mellem PS og PAA-domæner. 30,31 i et polært opløsningsmiddel, PSPAA danner miceller, med PS blokke i centrum og PAA blokke opløst i opløsningsmidlet vender udad. I nærvær af nanopartikler, der er funktionaliseret med hydrofobe ligander, kan PS blokke adsorbere på nanopartikel overflade via van der Waals og hydrofobe interaktioner, danner en micelle shell med overfladen PAA-blokke (figur 1A-E). Ved syntesen her overskydende PSPAA anvendes til at opnå enkelt indkapsling af nanopartiklerne. 27 Den overskydende polymer forbliver som tomme PSPAA miceller (uden nanopartikler) efter indkapsling og kan let adskilles ved centrifugering. Den -SH sluttede hydrofobe ligander (P-SH og Np-SH) bruges til at gøre overfladen af ​​AuNPs og AuNRs hydrofobe. Vi tilføjer ligander efter PSPAA at minimere sammenlægning blandt de hydrofobe nanopartikler. For TeNWs, ingen overflade-ligander nødvendigt, da deres overflade er uløseligt hydrofob. Opløsningsmidlet ratio (V DMF V H2O) er af betydning med hensyn til at forbedre mobiliteten for PS-domæner ved hævelse 32 og kontrollere morfologi PSPAA miceller. 33,34 forhøjet temperatur (60-110 ° C) bruges til at fremme forening / dissociation dynamik de polymere miceller så nær ligevægtsbetingelser kan opnås.

Polymerisationen af ​​nanopartikler kæder er drevet af tendensen hos de PSPAA miceller at omdanne fra kugler til cylindrene. Som tilsættes syre til protonere overfladen PAA blokke og reducere deres indbyrdes frastødning, omdannelsen mod cylindriske miceller er termodynamisk favorable i forhold til at reducere jord-til-volumen-forholdet (S / V) af micellerne. V DMF V H2O opløsningsmiddel-forholdet påvirker polymer-opløsningsmiddel grænsefladeenergi. PS domæne med alower grad af kvældning er mere ulig opløsningsmidlet og således polymer-opløsningsmiddel grænsefladeenergi er højere. I syntesen, er forhøjet temperatur (60 ° C) anvendes til at fremme sammensmeltning af PSPAA domæner efter nanopartiklerne aggregat. Højt DMF opløsningsmiddelindhold (V DMF: V H2O = 6: 1) anvendes til syntetisering single-line nanopartikel kæder (figur 2A, 2B, 2D), hvorimod opløsningsmiddel med højere vandindhold (V DMF: V H2O = 7: 3) anvendes til syntetisering dobbelt-line kæder (figur 2C).

Omfanget af monomer aggregering afhænger af deres gensidige ladningsfrastødning og reaktionstid. For 32 nm AuNPs, deres store størrelse fører til stærkere charge frastødning (under forudsætning af en samme overfladeladning tæthed). Tilsætning af mere syre kan føre til mere omfattende aggregering men det kompromitterer selektiviteten af kæden formation. 20 således polymerer med korterePAA blokke (PS 144 - b -PAA 22) anvendes til at reducere ladningsfrastødningen uden at kompromittere selektivitet (figur 2B).

At opnå "copolymerisation" af nanopartikler, er to typer af PSPAA-coatede monomerer anvendt i selv-samling. Når de blandes før tilsætningen af syre, ville tilfældige "copolymer" kæder opnås (figur 3A-B). Forholdet mellem to typer af nanopartikler i de resulterende kæder afhænger, men er ikke direkte proportional med den initiale koncentrationsforhold af monomererne. Tomme PSPAA miceller kan også anvendes som monomerer, der giver cylindriske polymersegmenter inden for nanopartikler kæder (figur 3C). Sådanne segmenter kan omdannes til vesikler ved forlænget opvarmning (6 timer) ved 60 ° C (figur 3D). Block-kæder af nanopartikler er mere vanskelige at fremstille, da kæderne efter syntese og oprensning cAnnot let aktiveres igen for tilsætning af 2 nd type monomerer. Uden oprensning monomerer forblev i prøven efter dannelse af 1. blok ville interferere med væksten af 2. blok. Vi bruger CNTs og TeNWs med en høj formatforhold at konstruere den 1. blok, således at nanopartikler kan "polymerisere" i samme reaktionsblanding for væksten af 2. blok (figur 3E-F).

Afslutningsvis viser vi en generel fremgangsmåde til fremstilling af PSPAA indkapslede nanopartikler kæder. Metalnanopartikler med forskellige størrelse og formatforhold er vist at aggregere til "homo-polymerer", som kan styres fra en enkelt linje til triple-line kæder. Tilfældige eller blok "copolymerer" af nanopartikler også fremstillet ved at kombinere to typer af de PSPAA indkapslede nanopartikler. Udvikle disse nye reaktionsveje og udforske den underliggendemekanismer er de trædesten mod rationel syntese af komplekse nanodevices.

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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics