Funcionalización de pared simple nanotubos de carbono con Thermo-reversibles copolímeros de bloque y Caracterización de ángulo pequeño dispersión de neutrones
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
Los nanotubos de carbono (CNT) son nanopartículas cilíndricos huecos formados haciendo rodar una lámina de grafito a escala micrométrica en un nanotubo. Debido a sus propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y extraordinarias, CNTs se han investigado extensamente como una novela candidato para nanopartículas funcionales en aplicaciones terapéuticas y de bio-detección, así como nano-materiales de carga en materiales nanocompuestos autoensambladas. 1-3 Sin embargo, su pobre solubilidad y fuerte preferencia hacia la fabricación de paquetes en disolventes orgánicos y acuosos utilizados comúnmente impiden el procesamiento fácil y respetuosa del medio ambiente, así como los avances en aplicaciones biológicas. Por lo tanto, una variedad de métodos de funcionalización, como ultra-sonicación, la modificación química de la superficie, y funcionalización no covalente mediante el uso de tensioactivos y copolímeros de bloque, 4-9 se han desarrollado para modificar las superficies de la CNT y mejorar su dispersabilidad en una amplia gama de disolventes. funcionalismo no covalentemétodos lización en base a los tratamientos de superficie físicas, en particular, se consideran ser una estrategia prometedora y robusto, ya que cualquier supresión inducida superficie modificación en las propiedades intrínsecas de la CNT puede ser minimizado. 10 Hasta la fecha, se han realizado numerosos esfuerzos para mejorar la eficiencia de dispersión de los métodos de funcionalización no covalentes mediante el empleo de diversos tipos de agentes dispersivos incluyendo tensioactivos básicos (por ejemplo, SDS, CTAB, NaDDBS), 7,11 copolímeros de bloques anfifílicos, 8 biomateriales (por ejemplo, ADN), 12,13 y polímeros funcionales sintéticos (por ejemplo, conjugado con polímero, polímero aromático) 14,15.
polímeros PEO-PPO-PEO, una especie de copolímero tribloque que consiste en dos poli hidrófilo (óxido de etileno) (PEO) cadenas en ambos extremos unido covalentemente a un poli hidrófobo (óxido de propileno) (PPO) de la cadena en el centro, se puede extender el potencial aplicación de los nanotubos de carbono funcionalizados no covalente isolución acuosa n. Estos polímeros proporcionan la interfaz, que es agradable, no sólo a las superficies de la CNT sino también a medios acuosos y otras matrices poliméricas y exhibe excelente biocompatibilidad debido a la toxicidad mínima de las cadenas de PEO. Esto facilita el procesamiento más fácil en una amplia gama de entornos de dispersión, así como la utilización de los nanotubos de carbono recubiertos de polímero en aplicaciones biomédicas. 12,16-17 otra parte, el comportamiento de la fase rica termodinámico de estos polímeros sobre la base de sus respuestas sensibles a estímulos externos permite la fabricación de las nanoestructuras inteligentes híbridos bloque de copolímero-CNT en el que las estructuras intra e inter-partícula pueden ser controlados de forma reversible y precisa. 18-21 a continuación, se presenta un protocolo para la fabricación de nanopartículas híbridas basadas-CNT con una capa de encapsulación de sintonizable PEO105-PPO70-PEO105 (poloxámero 407). La estructura resultante se caracteriza por la dispersión de neutrones de ángulo pequeño (SANS). Se espera que este trabajo introe el concepto de bloques de construcción funcionales inteligentes y ayudar a los no especialistas preparan fácilmente suspensiones CNT funcionalizados-copolímero de bloque y SANS uso para la caracterización detallada en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge.
Protocol
Representative Results
Discussion
SANS y mediciones de AFM mostraron que los nanotubos han sido des-liado con éxito y de forma individual dispersado en solución acuosa utilizando un copolímero de tres bloques de poloxámero 407. En este método de preparación de muestra, procesos de centrifugación ultra-sonicación y son los pasos críticos que determinan las características de la suspensión final. La fuerte interacción entre los SWNT, lo que obliga a los nanotubos sin revestir se agrupen con el solución, debe ser superada para estabilizar los …
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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