छोटे कोण न्यूट्रॉन बिखरने से थर्मो-प्रतिवर्ती ब्लॉक Copolymers और विशेषता के साथ एकल दीवारों कार्बन नैनोट्यूब के functionalization
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
कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) खोखले बेलनाकार एक नैनोट्यूब में एक माइक्रोमीटर पैमाने पर ग्रेफाइट शीट रोलिंग द्वारा गठित नैनोकणों कर रहे हैं। क्योंकि उनके असाधारण यांत्रिक, थर्मल, और बिजली के गुणों की, CNTs बड़े पैमाने पर आत्म इकट्ठे nanocomposite सामग्री में चिकित्सीय और जैव-संवेदन आवेदन के साथ ही नैनो fillers में कार्यात्मक नैनोकणों के लिए एक उपन्यास उम्मीदवार के रूप में जांच की गई है। 1-3 हालांकि, उनके गरीब घुलनशीलता और आमतौर पर इस्तेमाल जैविक और जलीय सॉल्वैंट्स में बंडलों बनाने की ओर मजबूत वरीयता जैविक अनुप्रयोगों में आसान और पर्यावरण के अनुकूल प्रसंस्करण के साथ ही अग्रिमों में बाधा। इसलिए, इस तरह के अति sonication, रासायनिक सतह संशोधन, और गैर सहसंयोजक surfactants और copolymers ब्लॉक का उपयोग करके functionalization के रूप में functionalization तरीकों की एक किस्म, 4-9 सीएनटी सतहों को संशोधित करने और की एक विस्तृत श्रृंखला में उनकी dispersibility सुधार करने के लिए विकसित किया गया है सॉल्वैंट्स। न सहसंयोजक कार्यात्मकशारीरिक सतह के उपचार पर आधारित lization तरीकों, विशेष रूप से, एक होनहार और मजबूत रणनीति होने के लिए, 10 तिथि करने के लिए माना जाता है क्योंकि आंतरिक सीएनटी गुणों में किसी भी सतह संशोधन प्रेरित दमन कम किया जा सकता है।, वहाँ फैलाव दक्षता में सुधार करने के लिए कई प्रयास किए गए हैं बुनियादी surfactants (जैसे, एसडीएस, CTAB, NaDDBS), 7,11 amphiphilic copolymers ब्लॉक, 8 जैव सामग्री (जैसे, डीएनए), 12,13 और सिंथेटिक पॉलिमर कार्यात्मक सहित फैलानेवाला एजेंटों के विभिन्न प्रकार के रोजगार से न सहसंयोजक functionalization तरीकों में से (जैसे, संयुग्मित बहुलक, खुशबूदार बहुलक)। 14,15
पीईओ-पीपीओ-पीईओ पॉलिमर, triblock दो हाइड्रोफिलिक पाली (एथिलीन ऑक्साइड) से मिलकर copolymer का एक प्रकार (पीईओ) दोनों पर चेन covalently एक हाइड्रोफोबिक पाली (प्रोपलीन आक्साइड) (पीपीओ) केंद्र में श्रृंखला के लिए बाध्य समाप्त होता है, संभावित विस्तार कर सकते हैं गैर covalently क्रियाशील CNTs के आवेदन in जलीय समाधान। इन पॉलिमर इंटरफेस है, जो पीईओ चेन की न्यूनतम विषाक्तता के कारण सीएनटी सतहों के लिए, लेकिन यह भी जलीय मीडिया और अन्य बहुलक matrices और जबरदस्त biocompatibility प्रदर्शन करने के लिए न केवल अनुकूल है प्रदान करते हैं। इस के साथ ही वातावरण dispersing जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों में बहुलक लेपित CNTs के उपयोग के रूप में की एक विस्तृत श्रृंखला में आसान प्रसंस्करण की सुविधा। 12,16-17 इसके अलावा, बाहरी उत्तेजनाओं को अपनी संवेदनशील प्रतिक्रियाओं पर आधारित इन पॉलिमर की समृद्ध thermodynamic चरण व्यवहार में सक्षम बनाता है स्मार्ट ब्लॉक copolymer-सीएनटी संकर nanostructures जिसमें अंतर और अंतर-कण संरचनाओं reversibly और ठीक से नियंत्रित किया जा सकता है का निर्माण। 18-21 यहाँ, हम एक ट्यून करने योग्य encapsulation परत के साथ सीएनटी आधारित हाइब्रिड नैनोकणों के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत PEO105-PPO70-PEO105 (Poloxamer 407)। जिसके परिणामस्वरूप संरचना छोटे कोण न्यूट्रॉन बिखरने (बिना) की विशेषता है। इस काम introduc होने की उम्मीद हैई स्मार्ट कार्यात्मक इमारत ब्लॉकों की अवधारणा और मदद गैर विशेषज्ञों आसानी से ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में विस्तृत लक्षण वर्णन के लिए ब्लॉक copolymer-क्रियाशील सीएनटी निलंबन और उपयोग बिना तैयार करते हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
सेन्स और AFM माप से पता चला कि SWNTs दिया है सफलतापूर्वक डे के बंडल और व्यक्तिगत रूप से एक Poloxamer 407 triblock copolymer का उपयोग कर जलीय घोल में छितरी हुई है। इस नमूना तैयार विधि में, अल्ट्रा sonication और centrifugation प्रक्रियाओं अंतिम नि?…
Divulgazioni
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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