小角中性子散乱による熱可逆性ブロック共重合体と特性を持つ単層カーボンナノチューブの機能化
Summary
A method for the functionalization of carbon nanotubes with structure-tunable polymeric encapsulation layers and structural characterization using small-angle neutron scattering is presented.
Abstract
We demonstrate a protocol for single-walled carbon nanotube functionalization using thermo-sensitive PEO-PPO-PEO triblock copolymers in an aqueous solution. In a carbon nanotube/PEO105-PPO70-PEO105 (poloxamer 407) aqueous solution, the amphiphilic poloxamer 407 adsorbs onto the carbon nanotube surfaces and self-assembles into continuous layers, driven by intermolecular interactions between constituent molecules. The addition of 5-methylsalicylic acid changes the self-assembled structure from spherical-micellar to a cylindrical morphology. The fabricated poloxamer 407/carbon nanotube hybrid particles exhibit thermo-responsive structural features so that the density and thickness of poloxamer 407 layers are also reversibly controllable by varying temperature. The detailed structural properties of the poloxamer 407/carbon nanotube particles in suspension can be characterized by small-angle neutron scattering experiments and model fit analyses. The distinct curve shapes of the scattering intensities depending on temperature control or addition of aromatic additives are well described by a modified core-shell cylinder model consisting of a carbon nanotube core cylinder, a hydrophobic shell, and a hydrated polymer layer. This method can provide a simple but efficient way for the fabrication and in-situ characterization of carbon nanotube-based nano particles with a structure-tunable encapsulation.
Introduction
カーボンナノチューブ（CNT）は、ナノチューブにマイクロメートルスケールのグラファイトシートを巻くことによって形成された中空円筒状のナノ粒子です。その並外れた機械的、熱的、および電気的特性により、CNTが広く治療やバイオセンシング用途だけでなく、自己組織化ナノ複合材料中のナノフィラーにおける機能性ナノ粒子のための新規の候補として検討されているので。1-3しかしながら、それら溶解度が低いと一般的に使用される有機および水性溶媒中でバンドルを作るに向けた強い優先は簡単で、環境に優しい処理だけでなく、生物学的用途の進歩を妨げます。したがって、このような界面活性剤及びブロックコポリマーを用いて、超音波処理、化学的表面改質、および非共有結合的官能化のような官能化方法、4-9の様々なCNTの表面を修飾し、広範囲での分散性を改善するために開発されています溶剤。非共有結合関数A内因性CNTの特性の任意の表面改質による抑制を最小限に抑えることができるため、物理的な表面処理に基づいlization方法は、特に、有望かつ堅牢な戦略であると考えられている。10日に、分散効率を向上させるために多数の努力がなされています基本的な界面活性剤（ 例えば、SDS、CTAB、NaDDBS）、7,11両親媒性ブロックコポリマー、8バイオ材料（ 例えば 、DNA）、12,13および合成機能性ポリマーを含む分散剤の様々なタイプを採用することにより、非共有結合性の官能化法の（ 例えば 、共役ポリマー、芳香族ポリマー）。14,15
PEO-PPO-PEOポリマーの一つの疎水性ポリ（プロピレンオキシド）中心に（PPO）鎖に結合して、両方の2つの親水性ポリ（エチレンオキシド）からなるトリブロック共重合体の種類（PEO）鎖が共有終了の可能性を拡張することができ非共有結合的に官能基化CNTの応用I水溶液がNです。これらのポリマーは、PEO鎖の最小の毒性にCNT表面にも、水性媒体および他のポリマーマトリックスと驚異的な生体適合性を発揮するだけでなく、やさしいインターフェースを提供します。これは、分散環境の広い範囲だけでなく、生物医学的用途におけるポリマー被覆CNTの利用で簡単に処理を容易にします。12,16-17また、彼らの敏感な応答に基づいて、これらのポリマーの豊富な熱力学的相挙動を外部刺激にできます内および粒子間の構造が可逆的にかつ正確に制御することができるスマートブロックコポリマーCNTハイブリッドナノ構造の製造。18-21ここでは、我々は、調整可能な封止層を有するCNTベースのハイブリッドナノ粒子の製造のためのプロトコルを提示しますPEO105-PPO70-PEO105（ポロキサマー407）。得られた構造は、小角中性子散乱（SANS）によって特徴付けられます。この作品は、introducすることが期待されます電子スマート機能ビルディングブロックの概念と非専門家が簡単にオークリッジ国立研究所の詳細な特徴付けのためのブロック共重合体で官能CNT懸濁液と使用SANSを準備するのに役立ちます。
Protocol
Representative Results
Discussion
SANS及びAFM測定は、単層カーボンナノチューブが正常脱バンドル個別ポロキサマー407トリブロックコポリマーを使用して水溶液中に分散されていることを示しました。この試料調製法では、超音波処理および遠心分離工程は、最終懸濁液の特性を決定する重要なステップです。溶液中で一緒にバンドルするコーティングされていない単層カーボンナノチューブを強制的に単層カーボンナノチ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The Research at Oak Ridge National Laboratory’s Spallation Neutron Source and Center for Nanophase Materials Sciences was sponsored by the Scientific User Facilities Division, Office of Basic Energy Sciences, U.S. Department of Energy. The author, Zhe Zhang, gratefully acknowledges the financial support from Jülich Center for Neutron Science, Research center Jülich.
Materials
| 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 um) ; Diced (12 mm x 12 mm) |
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