Ved hjelp av polystyren

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

Forsiktig: Sjå alle relevante sikkerhetsdatablad (MSDS). Noen av kjemikaliene som brukes i disse syntesene er korrosive, toksiske og mulig karsinogen. Nanomaterialer kan ha nullstilte farer i forhold til sine bulk kolleger. Bruk hensiktsmessige sikkerhetspraksis når du utfører reaksjon, herunder bruk av avtrekksskap og personlig verneutstyr (vernebriller, hansker, frakk, full lengde bukser, lukket-toe sko, etc.).

1. Synthesis of Metal Nanopartikler

Merk: Alle glass brukes i synteser er vasket med kongevann (OBS: svært sure og etsende, håndtak med forsiktighet og kast etter regelverket), skylles og tørkes deretter i 60 ° C ovn. Metall urenhet eller rester kan føre til for tidlig svikt av kjernedannelse og nanopartikkel-syntesen.

  1. Syntese av 16 og 32 nm Au nanopartikler (AuNPs)
    1. Oppløs 10 mg hydrogen tetraklorgull (III) hydrat (4 HAuCl ∙ 3 H 2 O) i 100 ml avionisert (DI) vann i en rundbunnet kolbe utstyrt med en kjøler og en rørestav.
    2. Under omrøring på, varme opp løsningen til tilbakeløp (koke, 100 ° C). Den gule fargen på HAuCl 4 forblir uendret.
    3. Tilbered en 1% natrium-citrat-løsning ved å løse 30 mg natrium-citrat i 3 ml DI-vann.
    4. For å syntetisere 16 nm AuNPs, injisere 3 ml 1% natrium-citrat-løsning (1.1.3) i kokende HAuCl 4-løsning (1.1.2). Løsningen blir grå innen 1 min, og deretter blir gradvis rødt.
      1. Å syntetisere 32 nm Au NPs, bruker 1,5 ml av natriumsitratløsning stedet. Den mindre mengde reduksjonsmiddel fører til mindre utstrakt homogen kjernedannelse, slik at hver kjerne kan vokse seg større.
    5. Hold oppløsningen ved kokepunktet i ytterligere 30 minutter, og deretter avkjøles til romtemperatur for anvendelse i de påfølgende reaksjoner.
    6. Confast størrelse og morfologi av de resulterende AuNPs ved transmisjonselektronmikroskopi (TEM).
      1. For å fremstille TEM prøven, først konsentrere AuNPs ved overføring av 1,5 ml av den som-syntetiserte løsning i et mikrosentrifugerør og sentrifuger det ved 16.000 xg i 15 min. Etter fjerning av supernatanten gjennomsiktig, slippe en 10 ul alikvot av residuet løsningen på en TEM kobbergitter. Wick av overskytende væskeprøven ved hjelp av et filterpapir, og tørke den kobbergitter i luft.
      2. Å gjennomføre TEM karakterisering, legger kobbernettet prøven i TEM holderen, sikre prøven, og legg holderen i prøvekammeret følgende standard operasjonsprosedyrer (spesifikke for den type / merke av instrument). 22
  2. Syntese av Au nanorods (AuNRs)
    1. Forbered frøet løsningen. Under kraftig omrøring, tilsett 0,6 ml 10 mM isavkjølt natriumborhydrid (NaBH4) i 10 ml av 0,25 mM 4 HAuCl 2 O fremstilt i 0,1 M heksadecyltrimetylammoniumbromid (CTAB) løsning. Fortsett omrøringen i 10 minutter.
    2. Legg 95 ml av 0,1 M CTAB, 1 ml 10 mM sølvnitrat (AGNO 3), 5 ml 10 mM HAuCl 4 ∙ 3 H 2 O i rekkefølge inn i en 200 ml erlenmeyerkolbe.
    3. Legg 0,55 ml av 0,1 M L-askorbinsyre til oppløsningen og det hele rystes forsiktig for å homogenisere oppløsningen.
    4. Umiddelbart legge 0,12 ml frøet løsningen (trinn 1.2.1). Bland løsningen ved forsiktig risting og la den uforstyrret O / N (14-16 timer).
  3. Syntese av t -Te nanotråder (TeNWs)
    1. Forbered 10 ml N 2 H 4-løsning ved å blande 1 ml av ren N-2 H 4 · H 2 O med 9 ml av DI vann.
    2. Legg 16 mg Teo 2 pulver langsomt til N-2 H 4-løsning (trinn 1.3.1) i et begerglass ved romtemperatur under konstant omrøring. Etter omtrent 10 min, oppløses fullstendig pulveret. Den Solusjon ville endre fra fargeløs til gult, til lilla, og til slutt til blå, indikerer dannelsen av t -Te nanotråder.
    3. Fortynn løsningen 10 ganger med natriumdodecylsulfat (10 mM) for å avslutte reaksjonen. Den blå fargen på løsningen blir mindre intens etter fortynning.

2. Syntese av PSPAA Encapsulated Metal Nanopartikler (Monomerene)

Merk: I det følgende gis nøyaktige mengder benyttes for å oppnå en nøyaktig forholdet mellom den endelige DMF / vann-oppløsningsmiddelblanding. Fordi residuet volum etter sentrifugering og ekstrahering av supernatanten er alltid forskjellige, omtrent måle residuet volum ved hjelp av pipette, og deretter kompensere for dette volumet når tilsetning av DMF / vann for å gjøre de endelige løsninger. Små variasjoner av oppløsningsmidlet forholdet er vanligvis ikke et problem.

  1. Kapsle AuNPs (d Au = 16 nm, 32 nm) med PSPAA (AuNP @ PSPAA)
    1. Rensing av AuNPløsning. Tilsett 3 ml av det som-syntetiserte AuNP oppløsning (trinn 1.1) i to mikrosentrifugerør (1,5 ml hver), sentrifuger ved 16 000 xg i 15 minutter og fjerne supernatanten. Fortynn den konsentrerte oppløsning (~ 20 mL) sammen med 160 pl DI vann.
    2. Klargjør PSPAA stamløsningen ved å oppløse 8 mg PSPAA (PS 154 - b -PAA 49 eller PS 144 - b -PAA 22) i 1 ml DMF.
    3. Forbered en PSPAA løsning ved å blande 740 ul DMF med 80 mL av PS 154 - b -PAA 49 stamløsning. For innkapsle AuNPs i PS 144 - b -PAA 22 skall, bruker 80 mL av PS 144 - b -PAA 22 stamløsning.
    4. I hetteglass, tilsett AuNPs (~ 180 mL løsning, trinn 2.1.1) til 820 mL av PSPAA løsning (trinn 2.1.3). Den endelige blandingen har et volum på 1 ml med DMF V / V H2O = 4,5: 1.
    5. Legg 40 mLløsning av 1,2-dipalmitoyl- sn -glycero-3-phosphothioethanol (P-SH) i etanol (2 mg / ml).
    6. Inkuber blandingen ved 110 ° C i 2 timer for å tillate polymer selv-sammenstillingen.
    7. Sakte avkjøling av løsningen til RT i oljebadet. Prøven kan oppbevares ved denne tilstanden i flere uker.
    8. Bekreft dannelsen av AuNP @ PSPAA med TEM.
      1. For å fremstille prøven TEM Konsentrer AuNP @ PSPAA ved å overføre 200 ul av den som-syntetiserte løsning i et mikrosentrifugerør, tilsett 1,3 ml av DI vann og sentrifuger det ved 16000 xg i 15 min.
      2. Blande en 5 ul delmengde av konsentrert prøveløsning med 5 ul av 1% ammoniummolybdat fargende oppløsning (Merk: flekken brukes for prøver som inneholder PSPAA for å forbedre kontrasten av polymerene), og slippe blandingen på en TEM kobbergitter. Wick av overskytende væskeprøven ved hjelp av et filterpapir, og tørke den kobbergitter i luft.
  2. Kapsle AuNRs med PSPAA (AuNR @ PS <sub> 154 - b -PAA 49)
    1. Rens det som-syntetiserte AuNR oppløsning (trinn 1.2) to ganger for å fjerne overskudd av CTAB. Tilsett 3 ml av løsningen i to AuNR mikrosentrifugerør og sentrifuger deretter dem ved 8100 xg i 15 min. Etter fjerning av supernatanten, tilsett 1,5 ml DI-vann og sentrifuger på nytt for å fjerne supernatanten.
    2. Kombiner de konsentrerte AuNR løsninger, og tilsett 160 mL av DI vann.
    3. I hetteglass, tilsett AuNR oppløsning (~ 180 mL) til 820 mL av PS 154 - b -PAA 49 løsning (trinn 2.1.3). Den endelige blandingen har et volum på 1 ml med DMF V / V H2O = 4,5: 1.
    4. Legg 40 ul løsning av 2-naftalentiol (NPSH) i etanol (2 mg / ml) inn i blandingen.
    5. Inkuber blandingen ved 110 ° C i 2 timer for å tillate polymer selv-sammenstillingen.
    6. Sakte avkjøling av løsningen til RT.
  3. Kapsle TeNWs med PSPAA (TeNW @ PS 154- B -PAA 49)
    1. Rens det som-syntetiserte TeNWs (trinn 1.3) for å fjerne overskudd av SDS. Tilsett 3 ml av løsningen i to TeNW mikrosentrifugerør og sentrifuger dem ved 2900 xg i 10 min. Etter fjerning av supernatanten, tilsett 1,5 ml etanol og sentrifugere rørene igjen. Gjenta denne renseprosessen gang mer (totalt 3 runder med sentrifugering).
    2. Kombiner de konsentrerte TeNWs løsninger, og tilsett 160 mL av DI vann.
    3. Legg til TeNWs oppløsning (~ 180 mL) til 820 mL av PS 154 - b -PAA 49 løsning (trinn 2.1.3). Den endelige blandingen har et volum på 1 ml med DMF V / V H2O = 4,5: 1.
    4. Inkuber blandingen ved 110 ° C i 2 timer.
    5. Sakte avkjøling av løsningen til RT.
  4. Kapsle karbon nanorør (CNTs) med PSPAA (CNT @ PS 154 - b -PAA 49)
    1. Bland 730 mL DMF med 80 mL av PS 154- B -PAA 49 stamløsning (trinn 2.1.2).
    2. Spre 0,05 mg enkeltvegg CNTs inn i PS 154 - b -PAA 49 løsning.
      Merk: Det er vanskelig å måle den lille vekten av CNTs; vanligvis 0,2 mg CNTs veies og omtrent en fjerdedel av prøven (etter estimerte volum) blir tilsatt.
    3. Sonikere av blandingen i et is-vann-bad før det blir en gjennomsiktig mørk løsning. Bruk den klare løsningen og kast de uløselige rest CNTs.
    4. Legg 180 mL av DI H2O dråpevis til løsningen. Den endelige blandingen har et volum på 990 ul DMF med V / V H2O = 4,5: 1.
    5. Sonikere løsning ved ca. 50 ° C i 2 timer.
    6. Sakte avkjøling av løsningen til RT.
  5. Forbered sfæriske miceller av PS 154 - b- PAA 49.
    1. Legg 80 mL av PS 154 - b -PAA 49 stamløsning (trinn 2.1.1) til 740 μl DMF, og deretter legge 180 mL vann, og en oppløsning av DMF V / V H2O = 4,5: 1.
    2. Inkuber polymerløsningen ved 110 ° C i 2 timer.
    3. Sakte avkjøling av løsningen til RT.

3. Homo-polymerisering av PSPAA Encapsulated Metal Nanopartikler

  1. Syntese av én linje kjedene fra AuNP @ PSPAA
    1. Rense AuNP @ PSPAA.
      1. Fortynn 800 ul av den som-syntetiserte AuNP @ PSPAA (avsnitt 2.1) med 11,2 ml vann, dele oppløsningen i enkelt mikrosentrifugerør (1,5 ml hver gang), og de sentrifuger ved 16 000 xg i 30 min. Gjennomføre to separate reaksjoner, bruker de 16 nm AuNPs innkapslet i PS 154 - b -PAA 49 og 32 nm AuNPs innkapslet i PS 144 - b -PAA 22 som monomerer.
      2. Fjern og kast supernatanten, tilsett 1,5 ml 0,1 mM NaOH (pH = 10) til hvert rør og sentrifuger dem again ved 16.000 xg i 30 minutter for å fjerne supernatanten.
        Merk: pH av NaOH anvendt for sentrifugering i renseprosessen bør ikke være for høy. Høyere pH-verdien ville føre til aggregasjon i løpet av sentrifugeringen, og residuet basen vil omfatte virkningene av syre i den kjede-veksttrinn, som fører til kuleformede aggregater.
    2. Dispergere den konsentrerte AuNP @ PSPAA (kombinere alle rørene) i 1 ml DMF / H 2 O (V DMF / V H2O = 6: 1) i et hetteglass og tilsett 5 ul av 1 M HCl.
      Merk: Det er viktig å kontrollere resten NaOH og tap av AuNP @ PSPAA i de forrige trinnene, slik at HCl beløpet som kreves i monteringsprosessen er konsistent mellom de ulike grupper. Vortex reaksjonsblandingen før inkubering for å sikre fullstendig blanding av komponentene.
    3. Inkuber blandingen ved 60 ° C i 2 timer for å tillate at aggregering, koalesens, og morfologisk transformasjon av core-shell nanopartikler.
    4. Avkjøl blandingen til romtemperatur.
    5. For homo-polymerisering av AuNR @ PS 154 - b -PAA 49 og TeNW @ PS 154 - b -PAA 49, følger de samme prosedyrene, inkludert renseprosessene.
      Merk: I forsøkene, er plast mikrosentrifugerør som typisk anvendes for rensing og sentrifugering, og glassflasker brukes for reaksjoner ved forhøyet temperatur. De PSPAA-belagt nanopartikler er vanligvis stabil i løsninger, bortsett fra at når dispergert i høy DMF innholdsløsning i Mikrosentrifugerør, vil de holde seg til plastoverflaten. For å unngå denne situasjonen, er høy DMF innholdsløsninger av nanopartikler kun utarbeidet i hetteglass.
  2. Syntese av dobbeltlinje kjedene fra AuNP @ PSPAA
    1. Rense AuNP @ PSPAA (ved å følge trinn 3.1.1). Bare de 16 nm AuNPs innkapslet i PS 154 - b -PAA 49 skjell har blitt testet. Dispergere den konsentrerte AuNP @ PSPAA i 1 ml DMF / H 2 O (V DMF / V H2O = 7: 3) ​​i et hetteglass og tilsett 5 pl 1 M HCl.
    2. Inkuber blandingen ved 60 ° C i 2 timer.
    3. Avkjøl blandingen til romtemperatur.
  3. Rensing av nanopartikkelen kjedene
    MERK: as-syntetisere løsninger inneholde produktnanopartikkel kjeder, små kjettinger / klynger, store agglomerater, AuNP @ PSPAA monomerer, tomme PSPAA miceller, DMF og overflødig syre.
    1. Fjern det tomme PSPAA miceller, DMF og syre.
      1. Fortynn 800 ul av den som-syntetiserte løsning med 11,2 ml av 0,1 mM NaOH, dele oppløsningen i enkelt mikrosentrifugerør (1,5 ml hver gang), og de sentrifuger ved 16 000 xg i 30 min.
      2. Tilsett 1,5 ml av 0,1 mM NaOH for å fortynne den konsentrerte oppløsninger, og sentrifuger rørene igjen ved 16.000 xg i 30 min. Gjenta dette trinnet en gang.
    2. Berike AuNPskjeder
      Merk: Den rensede løsningen inneholder produktnanopartikkel kjeder, små kjettinger / klynger, og AuNP @ PSPAA monomerer. De ble separert ved differensial-sentrifugering.
      1. Sentrifuger røret ved 300 xg i 25 min for å isolere og fjerne store agglomerater.
      2. Samle supernatanten, sentrifuger det ved 2000 xg i 30 min. Fjern supernatanten inneholdende stort sett monomerer og små kjeder / klynger.
      3. Samle bunnen løsning, fortynne den i 1,5 ml av 0,1 mM NaOH, og sentrifuger ved 2000 xg i 20 min for å fjerne overskudd av monomerer. Gjenta prosessen en gang til.
        Merk: pH av NaOH benyttes i sentrifugering i det hele renseprosessen bør ikke være for høy. Høyere pH-verdien ville føre til aggregasjon i løpet av sentrifugeringen, forårsaker dannelse av globulære aggregater.
  4. Transformasjon av én linje nanopartikkel kjedene til å dobbelt / triple linjer kjeder
    1. Rense én linje kjeder(Trinn 3.3.1, uten berikende trinn).
    2. Konsentrer 800 ul av den rensede oppløsning til ~ 20 ul ved sentrifugering.
    3. Å transformere til dobbeltlinje kjeder, dispergeres oppløsningen i 1 ml DMF / H 2 O blandet løsningsmiddel (DMF V / V H2O = 7: 3) ​​og tilsett 2,5 pl 1 M HCl, [HCl] endelige = 2,5 mm. Å transformere til trippel linjer kjeder, bruker 1 ml DMF / H 2 O (V DMF / V H2O = 3: 2) og 2,5 mM [HCl] finalen.
    4. Inkuber løsningen ved 70 ° C i 1 time for å tillate at transformasjonen av nanostrukturer.
    5. Sakte avkjøling av løsningen til RT.

4. Co-polymerisering av PSPAA Encapsulated Metal Nanopartikler

  1. Random co-polymerisering av 16 nm AuNP @ PS 154 - b -PAA 49 og 32 nm AuNP @ PS 144 - b -PAA 22. Prosessen er meget lignende Trinn3.1 bortsett fra at to monomerer anvendes.
    1. Rens det to typer av den som-syntetiserte AuNP @ PSPAA separat (trinn 3.1.1).
    2. Dispergere den konsentrerte 16 nm AuNP @ PS 154 - b -PAA 49 og 32 nm AuNP @ PS 144 - B -PAA 22 i forholdet 1: 1 til 1 ml DMF / H2O blanding (V DMF / V H2O = 6: 1).
    3. Tilsett 5 ul av 1 M HCl, [HCl] endelige = 5 mm.
    4. Inkuber løsningen ved 60 ° C i 2 timer for å tillate ko-montering av nanopartikler.
    5. Avkjøl løsningen til RT.
  2. Random co-polymerisering av 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 (Trinn 3.1.1).
    2. Spre AuNP @ PS 154 - b -PAA 49 og AuNR @PS 154 - B -PAA 49 i forholdet 1: 1 til 1 ml DMF / H2O blanding (V DMF / V H2O = 6: 1).
    3. Tilsett 5 ul av 1 M HCl, [HCl] endelige = 5 mm.
    4. Inkuber løsningen ved 60 ° C i 2 timer for å tillate ko-montering av nanopartikler.
    5. Avkjøl løsningen til RT.
  3. Random co-polymerisering av 16 nm AuNP @ PS 154 - b -PAA 49 og PS 154 - b -PAA 49 miceller
    1. Rensing av 16 nm AuNP @ PS 154 - b -PAA 49 (trinn 3.1.1).
    2. Legg den konsentrerte AuNP @ PS 154 - b -PAA 49 og 60 mL av den sfæriske PS 154 - b -PAA 49 miceller (Step 2,5) i 940 ml DMF / H 2 O. I den endelige oppløsning, V DMF / V H2O = 6: 1.
    3. Tilsett 5 ul av 1 M HCl, [HCl] endelige = 5 mm.
    4. <li> Inkuber løsningen ved 60 ° C i 1,5 timer.
    5. Avkjøl løsningen til RT.
  4. Random co-polymerisering av AuNP @ PS 154 - b -PAA 49 og PS 154 - b -PAA 49 vesikler
    1. Følg samme prosedyre som Step 4.3.1-4.3.3.
    2. Inkuber løsningen ved 60 ° C i 6 timer for å tillate formen transformasjon av PSPAA sylindrene vesikler.
    3. Avkjøl løsningen til RT.
  5. Block-kopolymeriseringen av TeNWs med AuNPs
    1. Rense 16 nm AuNP @ PS 154 - b -PAA 49 og TeNW @ PS 154 - b -PAA 49 (Trinn 3.1.1)
    2. Dispergere den konsentrerte TeNW @ PS 154 - B -PAA 49 i 1 ml DMF / H2O blanding (V DMF / V H2O = 6: 1)
    3. Tilsett 2 ul av 1 M HCl.
    4. Inkuber blandingen ved 60 ° C i 20 min.
    5. Tilsett konsentrert 16 nm AuNP @ PS 154 - b -PAA 49 og 3 ul 1 M HCl.
    6. Inkuber blandingen ved 60 ° C i 2 timer.
    7. Avkjøl løsningen til RT.
    8. For blokk kopolymeriseringen av CNTs med AuNPs, følger de samme prosedyrene som Step 4.5.1-4.5.7 ved hjelp CNT @ PS 154 - b -PAA 49 (trinn 2.4).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De nanopartikkel monomerer og kjeder er preget av TEM. Figur 1 viser representative TEM bilder av PSPAA innkapslet monomerer, bekrefter morfologi og størrelser (figur 1). Som noen monomerer typisk forblir i prøven etter "polymerisasjon", blir prøven vanligvis renset og konsentrert før de blir brukt for TEM karakterisering. En flekk ble innført under fremstillingen av de TEM-prøvene ved å blande prøveløsningen med 1% ammoniummolybdat, for å gjøre polymeren skallet med tydelig kontrast i TEM-bilder. De representative TEM-bilder av de "homo-polymerer" og "ko-polymerer" er presentert i Figur 2 og Figur 3.

Figur 1
Figur 1. TEM-bilder av monomerene.(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. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
. Figur 2. TEM-bilder av de "homopolymerer" av nanopartikler (A) Single-line kjeder av 16 nm AuNP innkapslet i PS 154 - b -PAA 49, (B) én linje kjeder av tre2 nm AuNPs innkapslet i PS 144 - b -PAA 22 (C) dobbel linje kjeder av 16 nm AuNPs innkapslet i PS 154 - b -PAA 49 og (D) én linje kjeder av AuNR @ PS 154 - b -PAA 49. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3. TEM bilder av "co-polymerer" av nanopartikler (A) tilfeldige kjeder av 16 nm AuNP innkapslet i PS 154 -. B -PAA 49 og 32 nm AuNP innkapslet i PS 144 - b -PAA 22 (B) tilfeldig kjeder av 16 nm AuNP innkapslet i PS 154 - b -PAA 49 og AuNR @ PS 154 - b </ Em> -PAA 49, (C) tilfeldige kjeder av 16 nm AuNP innkapslet i PS 154 - b -PAA 49 og PS 154 - b -PAA 49 miceller, (D) tilfeldige kjeder av 16 nm AuNP innkapslet i PS 154 - b -PAA 49 og PS 154 - b -PAA 49 vesikler, (E) blokk kjeder av CNT @ PS 154 - b -PAA 49 og 16 nm AuNP innkapslet i PS 154 - b -PAA 49. (F) blokk kjeder av TeNW @ PS 154 - b -PAA 49 og 16 nm AuNP innkapslet i PS 154 - b -PAA 49. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De mekanistiske detaljer om synteser er rapportert og diskutert i tidligere publikasjoner. 20,21 Her fokuserer vi på de begrunnelser av de syntetiske forhold. For polymerisering av nanopartikler, er det foretrukket at nanopartikler av ensartet størrelse blir brukt. Vi følger litteratur handlinger for å innhente de ensartede Au nanopartikler, 23 Au nanorods, 24 og Te nanotråder. 25 Generelt bedre størrelse ensartethet kan 26 oppnås når kjerne og vekststadier er separert. Etter den første utbrudd av homogen kjernedannelse, alle kjerner vokse i samme takt for en tilsvarende periode, noe som gir nanopartikler av samme størrelse. Dermed blir størrelsen på nanopartikler, avhenger av den totale mengden av vekstmateriale og antall kjerner som dannes ved den innledende kjernedannelsestrinnet.

Innkapslingen av nanopartiklene ved PSPAA er tidligere blitt rapportert, og diskutert. 27-29 Den drivendekraften fra PSPAA selvbygging er den fase-segregering mellom PS og PAA domener. 30,31 i et polart oppløsningsmiddel, danner PSPAA miceller, med PS-blokkene i sentrum og PAA blokker som er oppløst i løsningsmidlet vender utover. I nærvær av nanopartikler som er funksjonalisert med hydrofobe ligander, kan blokkene PS adsorberes på nanopartikkeloverflaten via van der Waals og hydrofobe interaksjoner, som danner et skall med micellar overflate PAA blokker (figur 1A-E). I syntesen her, er overflødig PSPAA brukes til å oppnå enkel innkapsling av nanopartikler. 27 Det overskytende polymer forblir som tomme PSPAA miceller (uten nanopartikler) etter innkapsling og kan lett separeres ved sentrifugering. Den -SH endte hydrofobe ligander (P-SH og Np-SH) blir brukt til å gjøre overflaten av AuNPs og AuNRs hydrofobe. Vi legger ligandene etter PSPAA å minimere aggregering blant de hydrofobe nanopartikler. For TeNWs, ingen overflate ligander nødvendig fordi overflaten er egentlig hydrofobe. Løsningsmidlet forholdet (V DMF V H2O) er av betydning, når det gjelder å forbedre mobiliteten til PS domener ved svelling 32 og styre morfologien av PSPAA miceller. 33,34 forhøyet temperatur (60-110 ° C) benyttes for å fremme forening / dissosiasjon dynamikk av polymeren micellene, slik at i nærheten av likevektsbetingelser kan oppnås.

Polymerisasjonen av nanopartikkel kjeder drives av tendensen av PSPAA miceller å transformere fra kulene til sylindrene. Som syre blir tilsatt for å protonere det overflate PAA blokkene og redusere deres gjensidige frastøting, er transformasjonen mot sylindriske miceller termodynamisk gunstig når det gjelder å redusere overflate-til-volum-forhold (S / V) av micellene. V DMF V H2O oppløsningsmiddel-forhold påvirker polymer-løsningsmidlet grenseflateenergi. PS domene med alower svellingsgrad er mer ulikt oppløsningsmidlet og dermed polymer-løsningsmidlet grenseflateenergi er høyere. I syntesen, blir forhøyet temperatur (60 ° C) som anvendes for å fremme koalesens av PSPAA domener etter nanopartikler aggregat. Høy DMF innhold løsningsmiddel (DMF V: V H2O = 6: 1) brukes for å syntetisere én linje nanopartikkel kjeder (figur 2A, 2B, 2D), mens løsningsmiddel med høyere vanninnhold (V DMF: V H2O = 7: 3) brukes for å syntetisere dobbelt-linje kjeder (figur 2C).

Omfanget av monomer aggregering avhenger av deres gjensidige frastøting ladning og reaksjonstid. For 32 nm AuNPs, fører sin store størrelse til sterkere kostnad frastøting (forutsatt en samme overflateladning tetthet). Tilsetning av mer syre kan føre til mer utstrakt aggregering men det kompromisser selektiviteten av kjededannelsen. 20 Således polymerer med korterePAA blokker (PS 144 - b -PAA 22) er ansatt for å redusere kostnaden frastøting uten at selektivitet (figur 2B).

For å oppnå "co-polymerisering" av nanopartikler, er to typer PSPAA belagt monomerer brukes i selvbygging. Når de er blandet før tilsetningen av syre, vil tilfeldig "copolymer" kjeder oppnås (figur 3A-B). Forholdet mellom to typer av nanopartikler i de resulterende kjedene er avhengig av, men er ikke direkte proporsjonal med den initielle konsentrasjonsforhold av monomerene. Tomme PSPAA miceller kan også anvendes som monomerer, noe som gir sylindriske polymersegmenter innenfor nanopartikkel kjeder (figur 3C). Slike segmenter kan omdannes til vesiklene etter forlenget oppvarming (6 timer) ved 60 ° C (figur 3D). Blokk-kjeder av nanopartikler er mer vanskelig å fremstille, da kjedene etter syntese og rensing cAnnot lett reaktiveres for tilsetning av 2 nd type monomerer. Uten rensning forble monomerer i prøven etter som danner en st blokk ville forstyrre veksten av 2. blokken. Vi bruker CNTs og TeNWs med et høyt aspektforhold for å konstruere en st blokken, slik at nanopartikler kan "polymerisere" i den samme reaksjonsblandingen for vekst av 2. blokken (figur 3E-F).

Som konklusjon, viser en generell metode for å fremstille nanopartikler som er innkapslet PSPAA kjeder. Metall nanopartikler med forskjellig størrelse og størrelsesforhold er vist å samle inn "homo-polymerer", som kan styres fra én linje til trippel linjer kjedene. Tilfeldige eller blokk-kopolymerer "" av nanopartikler blir også fremstilt ved å blande to typer av PSPAA innkapslet nanopartikler. Utvikle disse nye reaksjonsveier og utforske den underliggendemekanismer er stepping steiner mot rasjonelle syntese av 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