(Phys.org) - Een groep onderzoekers van verschillende instellingen heeft thiol-getermineerde polymeren gehecht aan gouden nanodeeltjes en oppervlaktemicellen gecreëerd door het oplosmiddel te veranderen van een oplosmiddel dat gunstig is voor het polymeer in een minder gunstig.

Rachelle M. Choueiri, et al. hebben aangetoond dat oppervlaktepatronen van nanodeeltjes, van de oppervlakte-aggregatie van polymeren in "patches, " kan thermodynamisch worden geregeld via veranderende polymeereigenschappen en oplosmiddeleigenschappen. het oppervlaktepatroon kan op zijn plaats worden vergrendeld door het polymeer te verknopen. Hun werk verschijnt in Natuur .

Driedimensionale deeltjes met een oppervlaktepatroon zijn nuttig gebleken als modellen voor colloïdale analogen van reactieve materialen en faseovergangen in vloeibare systemen, evenals colloïdale oppervlakteactieve stoffen en sjablonen voor het synthetiseren van hybride deeltjes. Voorafgaand onderzoek heeft weinig voorbeelden opgeleverd van colloïdale fragmentarische deeltjes op nanometerniveau. Zelfs als er op dit niveau patches kunnen worden gevormd, er zijn meestal niet meer dan twee patches per nanodeeltje.

In het huidige onderzoek kunnen polymeermoleculen die zijn vastgemaakt aan gouden nanodeeltjes veranderen van een uniforme verdeling (d.w.z. een polymeerborstel) om via thermodynamische processen vastgepinde micellen aan het oppervlak te brengen. specifiek, men kan de grootte van de pleisters regelen door de polymeerafmetingen en entdichtheid te veranderen. Men kan het aantal patches per nanodeeltje regelen door de verhouding tussen de diameter van het nanodeeltje en de polymeergrootte af te stemmen.

De eerste stap was om te zien of het veranderen van het oplosmiddel de vorming van polymeerpleisters kan stimuleren. Chouiri, et al. gemaakt van gouden nanodeeltjes met diameters in het bereik van 20 ± 1,0 nm en 80 ± 1,5 nm met thiol-getermineerde polystyrenen. De polystyrenen hadden ofwel een molecuulmassa van 29, 000 Dalton of 50, 000 Dalton om te zien of het molecuulgewicht een rol speelde bij de vorming van vlekken. De nanodeeltjes verspreid in DMF, wat een goed oplosmiddel is voor polystyreen, waren bedekt met een uniform dikke laag. Ze vertoonden een uniform dikke polymeerdispersie. wanneer water, een slecht oplosmiddel, was toegevoegd, de polymeerlaag veranderde in patches, die omkeerbaar was na toevoeging van DMF. Patchgrootte en aantal per nanodeeltje zouden kunnen worden geregeld door het molecuulgewicht van het polymeer.

Gezien deze resultaten, Chouiri, et al. vervolgens onderzocht wat er zou gebeuren als ze de diameter van de nanodeeltjes zouden veranderen, de polystyreen lengte, en de dichtheid van polystyreenpolymeren die aan het oppervlak zijn vastgemaakt. In het algemeen, hun studies toonden aan dat de pleistergrootte kan worden geregeld door de polymeerlengte en oppervlaktedichtheid, terwijl het aantal pleisters per nanodeeltje kan worden gecontroleerd door de diameter van de nanodeeltjes en de lengte van het polymeer te veranderen. Theoretische studies bevestigden dat de thermodynamische component van de oppervlaktepatronen te wijten was aan polymeer- en oplosmiddelinteracties en hoeveel het polymeer kan uitrekken van zijn vastgebonden positie naar de oppervlaktevlek.

De volgende stap was om te zien of de oppervlaktevorm het oppervlaktepatroon veranderde. Chouiri, et al. gekeken naar polymeersegregatie op nanostaafjes, nanokubussen, en driehoekige nanoprisma's. Ze ontdekten dat er zich meestal patches vormden aan de uiteinden van de nanoraods en aan de randen van de nanokubus en driehoekige nanoprisma's. Aanvullend, ze testten andere polymeren dan polystyreen en ontdekten dat sommige van deze polymeren vlekken op gouden nanobolletjes vormden na het veranderen van bepaalde oplosmiddeleigenschappen, zoals pH of hydrofobiciteit.

Eindelijk, ze testten de zelfassemblage van fragmentarische nanodeeltjes in een slecht oplosmiddel. Ze ontdekten dat na voldoende tijd, the patterned nanoparticles exhibited new binding modalities in DMF mixed with water.

The nanocubes, vooral, showed a unique "checkerboard" self-assembled structure. This is different from when the nanocubes were evenly coated with polystyrene and then solvent changes were made. In dit geval, 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 Fys.org