Overflademønstrede kolloide partikler

(Phys.org) - En gruppe forskere fra flere institutioner har knyttet thiol-terminerede polymerer til guld-nanopartikler og skabt overflademiceller ved at ændre opløsningsmidlet fra et, der er gunstigt for polymeren, til et, der er mindre gunstigt.

Rachelle M. Choueiri, et al. har vist, at nanopartikels overflademønster, fra overfladeaggregering af polymerer til "plastre, " kan styres termodynamisk via ændrede polymeregenskaber og opløsningsmiddelegenskaber. overflademønsteret kan låses på plads ved at tværbinde polymeren. Deres arbejde vises i Natur .

Tredimensionelle overflademønstrede partikler har vist sig nyttige som modeller for kolloide analoger af reaktive materialer og faseovergange i væskesystemer, samt kolloide overfladeaktive stoffer og skabeloner til syntetisering af hybridpartikler. Tidligere forskning har vist få eksempler på kolloide uklare partikler på nanometer -niveau. Selv når der kan dannes pletter på dette niveau, der er typisk ikke mere end to patches pr. nanopartikel.

I den nuværende forskning kan polymermolekyler bundet til guldnanopartikler ændre sig fra en ensartet fordeling (dvs. en polymerbørste) til overfladenålede miceller via termodynamiske processer. Specifikt, man kan kontrollere størrelsen på plastrene ved at ændre polymerdimensioner og podningstæthed. Man kan kontrollere antallet af plastre pr. nanopartikel ved at justere forholdet mellem nanopartikeldiameter og polymerstørrelse.

Det første skridt var at se, om udskiftning af opløsningsmidlet kan drive polymerplasterdannelsen. Choueiri, et al. fremstillet guld nanopartikler med diametre i området 20 ± 1,0 nm og 80 ± 1,5 nm med thiol-terminerede polystyrener. Polystyrenerne havde enten en molekylvægt på 29, 000 Daltons eller 50, 000 Dalton for at se, om molekylvægt spillede en rolle i patchdannelse. Nanopartiklerne er spredt i DMF, som er et godt opløsningsmiddel til polystyren, blev belagt med et ensartet tykt lag. De udviste ensartet tyk polymerdispersion. Når vand, et dårligt opløsningsmiddel, blev tilføjet, polymerlaget blev til pletter, som var reversibel ved tilsætning af DMF. Plasterstørrelse og antal pr. nanopartikel kunne styres af polymerens molekylvægt.

På baggrund af disse resultater, Choueiri, et al. undersøgte derefter, hvad der ville ske, hvis de ændrede nanopartikeldiameteren, polystyren længden, og densiteten af ​​polystyrenpolymerer bundet til overfladen. Generelt, deres undersøgelser viste, at plasterstørrelsen kan styres af polymerlængden og overfladedensiteten, mens antallet af plastre pr. nanopartikel kan kontrolleres ved at ændre nanopartikeldiameteren og længden af ​​polymeren. Teoretiske undersøgelser bekræftede, at den termodynamiske komponent i overflademønstrene skyldtes polymer- og opløsningsmiddelinteraktioner, og hvor meget polymeren kan strække sig fra sin bundne position til overfladeplasteret.

Næste skridt var at se, om overfladeformen ændrede overflademønsteret. Choueiri, et al. så på polymersegregation på nanorods, nanokuber, og trekantede nanoprismer. De fandt ud af, at pletter havde en tendens til at dannes ved spidserne af nanoraods og på kanterne af nanokuben og trekantede nanoprismer. Derudover de testede andre polymerer end polystyren og fandt ud af, at nogle af disse polymerer dannede pletter på guld nanosfærer efter at have ændret visse opløsningsmiddelegenskaber, såsom pH eller hydrofobicitet.

Endelig, de testede selvsamlingen af ​​plettede nanopartikler i et dårligt opløsningsmiddel. De fandt ud af, at efter tilstrækkelig tid, de mønstrede nanopartikler udviste nye bindingsmodaliteter i DMF blandet med vand.

Nanokuberne, i særdeleshed, viste en unik "skaktern" selvsamlet struktur. This is different from when the nanocubes were evenly coated with polystyrene and then solvent changes were made. I dette tilfælde, the pattern was "face-to-face" rather than checkerboard.

This research provides a new way to pattern nanoparticle surfaces that is versatile and tunable to the desired number of patches and nanoparticle shapes. Future research will involve exploring more nanoparticle shapes and polymer systems to see how this strategy can produce unique self-assembled structures and tailor new functionalities to patchy nanoparticles.

© 2016 Phys.org