직접 형광 이미징을 사용하여 나노 입자 - 고분자 복합 재료의 고급 성분 분석
Summary
Here we present a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of cadmium selenide quantum dots can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging.
Abstract
The fabrication of polymer-nanoparticle composites is extremely important in the development of many functional materials. Identifying the precise composition of these materials is essential, especially in the design of surface catalysts, where the surface concentration of the active component determines the activity of the material. Antimicrobial materials which utilize nanoparticles are a particular focus of this technology. Recently swell encapsulation has emerged as a technique for inserting antimicrobial nanoparticles into a host polymer matrix. Swell encapsulation provides the advantage of localizing the incorporation to the external surfaces of materials, which act as the active sites of these materials. However, quantification of this nanoparticle uptake is challenging. Previous studies explore the link between antimicrobial activity and surface concentration of the active component, but this is not directly visualized. Here we show a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of CdSe/ZnS nanoparticles can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging. Using this method, we can quantify the uptake of nanoparticles via swell encapsulation and measure the surface concentration of encapsulated particles, which is key in optimizing the activity of functional materials.
Introduction
나노 물질의 응용 프로그램이 긴 새로운 기술에 대한 관심을 증가의 영역을 역임했다. 1-3이 화장품, 의류, 포장 및 전자 제품을 포함한 일상 항목에서 나노 입자의 성장 사용을 포함하고있다. 4-6 나노 입자를 사용하는 방향으로 주요 드라이브 기능성 물질의 입자 크기의 변화에 의해 튜닝 특성 능력 이외에 재료 그들의 높은 반응성 상대로부터 유래한다. 7 한 다른 이점은 같은 호스트 매트릭스에 중요한 특성을 도입하기 쉽게 복합 재료를 형성 할 수있는 능력이다 촉매 기능, 재료 강화 및 전기적 특성의 조정. 8-12
나노 입자 고분자 복합 재료 기술의 범위를 통해 달성 될 수 있고, 간단한있는 호스트 매트릭스의 제조 동안에 원하는 나노 직접 통합이다. (13, 14)이 R나노 입자에 걸쳐 재료의 균일 한 간격이 균일 한 재료 esults. 그러나 대부분의 응용 프로그램은 나노 복합 재료의 외부 인터페이스에 존재하는 활성 물질을 필요로한다. 재료의 벌크를 통해 많은 나노 폐기물이있는 한 결과, 직접 혼입 때때로 값 비싼 나노 물질의 효율적인 이용을 초래하지 않는다. (15, 16)를 직접 결합을 달성하기 위해, 나노 입자는 호스트 매트릭스의 형성과 호환되어야한다. 이는 특히 통상적으로 고 활성 인 나노 입자에 의해 영향을받을 수있는 금속 착체 촉매 메커니즘에 의해 촉진되는 열경화성 플라스틱의 경우와 같이 다면적 반응을 필요로 합성에 도전 할 수있다. (14)
중합체 합성시에 직접 나노 혼입과 연관된 상당한 단점이 나노 incorporati을 제한 할 목적으로 기술 개발을 이끌었다표면에 층. 17-21 스웰 캡슐화 중합체 벌크 제한 소모와 높은 표면 나노 입자의 농도를 달성하기 위해, 문헌에보고 된 가장 성공적인 전략이다. 17-19 기술은 중합체의 용매 구동 팽창을 이용한다 매트릭스 분자 종의 나노 입자의 침입을 허용. 팽윤 용매를 제거하면, 매트릭스 내에서의 종이 표면에 국부적 종의 높은 농도와 함께 제자리에 고정된다. 현재까지 팽창 캡슐화의보고 사용의 대부분은 (는) 활성제는 재료 표면에 있는지 중요 항균 고분자의 제조,에 관한 것이다. 이러한 보고서 많은 향상된 항균 활성을 나타내는 반면, 정확한 표면 나노 입자 조성물의 거의 상세히 프로빙 않는다. 크릭 등 알. 최근에 중요한 INSI을 제공하는 나노 입자 침입의 직접 시각화하는 방법을 시연팽윤 밀봉함으로써 달성 동력학 표면 나노 입자의 농도에 GHT. 22
이 작업은 카드뮴 셀레 나이드 양자점 (QD), 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)과 형광 이미징을 사용하여 혼입 직접적인 시각화에 자신 팽윤 밀봉 합성 세부. 팽윤 액에 팽윤 밀봉 시간 및 나노 입자의 농도를 변화시키는 효과를 탐구한다. 형광의 시각화 기법은 PDMS에 나노 입자 침입 직접 이미징을 허용하고 양자점의 가장 높은 농도는 재료 표면에있는 것을 보여준다.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cross-sectional fluorescence imaging allows for direct visualization of nanoparticles during swell encapsulation. The kinetics of encapsulation has been shown, with the drive toward a high nanoparticle surface concentration demonstrated. The extent of nanoparticle incorporation is shown to vary with swell encapsulation time (described in section 2.3), with the total amount of incorporated nanoparticles increasing as this time is extended, with the particle concentration localized at the surface if the polymer samples are…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
C.R.C. would like to acknowledge the Ramsay Memorial Trust for funding.
Materials
| Polydimethylsiloxane sheets | NuSil | – | Medical Grade |
| Oleylamine | Sigma Aldrich | O7805 | Technical Grade |
| Trioctylphosphine | Sigma Aldrich | 117854 | Technical Grade |
| Trioctylphosphine oxide | Sigma Aldrich | 346187 | Technical Grade |
| 1-Octadecene | Sigma Aldrich | O806 | Technical Grade |
| Zinc diethyldithiocarbamate | Sigma Aldrich | 329703 | – |
| Oleic acid | Sigma Aldrich | 364525 | Technical Grade |
| Triethylamine | Sigma Aldrich | 471283 | – |
| Cadmium oxide | Alfa Aesar | 33235 | – |
| Hexadecylamine | Alfa Aesar | B22459 | Technical Grade |
| 1-Dodecylphosphonic acid | Alfa Aesar | H26259 | – |
| Selenium powder | Acros | 19807 | – |
| Chloroform | Sigma Aldrich | 366919 | – |
| n-Hexane | Sigma Aldrich | 208752 | – |
| Microscope slides | VWR | 631-0137 | Thickness No. 1 |
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