Diese Arbeit wurde mit Mitteln aus dem Office of Naval Research vorgesehen ist. J. Fontana erkennt die National Research Council für ein Postdoc-Teilhaberschaft.

1. Selbstorganisierte Ligand-Nanopartikel-Monoschichten Als ein erläuterndes Beispiel für die Selbstmontage-Technik, makroskopischen, Thiol-Gold-Nanokugel verschlossen Alkanmonoschichten werden wie folgt hergestellt: <ol><li> Konzentrat 15 nm Gold-Nanokugeln (bei ​​einer Teilchendichte im Handel erhältlich: 10 12 Partikel / ml) auf ~ 10 13 Partikeln / ml in Wasser. <ol><li> Platz 15 ml der verdünnten Nanokugel-Wasser-Suspension in einem Ultrafilterzentrifuge (100 K nominalen Molekulargewichtsgrenze). </li><li> Zentrifugieren des Filters / Fläschchen bei 4500 × g für 2 min oder bis nur noch wenige ml in der Filterkammer verbleiben. </li></ol></li><li> Resuspendieren Nanokügelchen in etwa 1 ml entionisiertem (DI) Wasser, so dass die Nanopartikel-Konzentration 10 13 Partikel / ml. Die Federung ist für mehrere Stunden einmal in DI-Wasser resuspendiert stabil. <ol><li> Überprüfen Sie die Anzahl und Dichte bestätigen die Nanopartikel hahabe nicht aggregiert. Konzentrierten Nanopartikel-Suspension mit einem Faktor von 1:10 wieder auf die ursprüngliche Konzentration, indem 0,150 ml der Suspension in eine Küvette (1 cm Weglänge), und diese Erweiterung 1,35 ml DI-Wasser. </li><li> Setzen Sie die Küvette in ein Spektrometer messen und das Absorptionsspektrum der Suspension und dem Originalfahrwerk. Vergleichen der Peakposition und die volle Breite bei halbem Maximum um sicherzustellen Aggregation stattgefunden hat. Das Ausmaß der Absorptionsspitzen beider Proben sollten etwa gleich sein, um so die konzentrierte Probe dichter ist um einen Faktor 10. </li></ol></li><li> In einem separaten sauberen 20 ml Borosilikatglas Fläschchen 1 ml Tetrahydrofuran (THF). </li><li> Hinzufügen der Thiol-Alkan-Liganden (z. B. 5 ml 1,6-Hexandithiol und 5 ml 1-Dodecanthiol) mit dem THF und schüttelt die Lösung gleichmäßig zu mischen. Ligand sollte genug zugesetzt, um wenigstens die gesamte Oberfläche der suspendierten Nanopartikel abzudecken. Excess-Liganden erhöht die Geschwindigkeit und Wirksamkeit der Reaktion. </li><li> In einer Abzugshaube, gießen Sie den Inhalt der Ampulle, die die Gold-Nanokugeln in das Fläschchen THF-Liganden. </li><li> Schraube schnell auf dem Deckel und schütteln Sie das Fläschchen kräftig für 15 Sekunden. </li><li> Entfernen Sie den Deckel und stellen Sie die Flasche in der Dunstabzugshaube, 1 (a). Abhängig von den verwendeten Liganden-Domänen von Gold-Nanopartikel zu bilden Filme schnell an der Luft-Flüssigkeit-Grenzfläche, Fig. 1 (c). Die Filme werden dann beginnen, übersetzen Sie die Seiten des Fläschchens, Abbildung 1 (d). Fast alle Nanopartikel mit Thiol-Liganden, aus der Suspension entfernt, verschlossen und an den Seiten der Ampulle innerhalb von 1 h, Fig. 1 (E) transportiert. </li></ol> 2. Übertragung der Monoschichten auf Wechselgründe <ol><li> Um die Filme auf Wechsel Glas und Silizium-Wafer-Substrate zu übertragen: schneiden die Substrate in einer Fläche von 12,5 mm x 25,4 mm mit einemRitzen pen / Rad. <ol><li> Glas-Substrate: sauber mit einem Acetonspülung, gefolgt von einer Isopropylalkohol Spülung, und schließlich eine DI-Wasserspülung. Lassen Sie die Substrate zu trocknen, fahren Sie mit Abschnitt 2.2. </li><li> Silizium-Wafer Gründe: in einem Abzug vorzubereiten Piranha-Lösung (3 Teile konzentrierte Schwefelsäure zu 1 Teil 30% iges Wasserstoffperoxid, ACHTUNG: Oxidationsmittel, ätzend). Platz 15 ml Schwefelsäure in 20 ml Borsilikat-Glasfläschchen. Um dies zu langsam 5 ml 30% Wasserstoffperoxid. Kappe nicht das Fläschchen. Vorsicht; das Gemisch ist stark exotherm. Siehe Referenz für weitere Sicherheitshinweise 19. </li><li> Vorsichtig tauchen die Silizium-Wafer-Substrate in Piranha-Lösung für 30 min, zu entfernen, spülen Sie mit DI-Wasser und mit Stickstoff trocken. </li><li> Als ein optionaler Schritt kann die Phiole für die Nanopartikel Ligandenaustausch und Selbstorganisation verwendet versalzt alle Nanopartikel auf das Glassubstrat oder Si erzwingenlicon Wafer statt den Wänden des Glasfläschchen, sonst Abschnitt 2.2 fortfahren. </li><li> Füllen Sie das Glas mit Piranha-Lösung (ACHTUNG: Oxidationsmittel, ätzend), Abschnitt 2.1.2 verwiesen. </li><li> Lassen Sie die Flasche für 30 Minuten einweichen. Nach 30 min spülen Sie das Fläschchen mit DI-Wasser. </li><li> Füllen Flasche mit 1% v / v Hexamethyldisilazan in Aceton und Mütze. </li><li> Lassen Sie die verschlossenen Ampulle für 24 Stunden einweichen, dann gründlich mit DI-Wasser und mit Stickstoff trocken. </li></ol></li><li> Vor dem Schütteln (Abschnitt 1.6) legen das Substrat in das Fläschchen. Schrauben auf dem Deckel und schütteln. </li><li> Nach dem Schütteln Deckel entfernen und mit einer Pinzette, positionieren das Substrat fast senkrecht gegen die Wand Fläschchen. </li><li> Verwende eine Pipette, die Beschichtung der Reaktionsmischung auf das Substrat. Die Reaktion wird beendet, wenn alle das organische Lösungsmittel verdampft ist oder alle Nanopartikel wurden aus der Suspension entfernt. </li></ol> 3. Monolayer-Analyse <ol><li> Schätzen Sie diePackungseffizienz der Nanokugeln in der Monoschicht schnell durch die Beobachtung der Übertragungs-und Reflexionseigenschaften des Films. Beleuchten Sie die Monoschicht auf Glassubstraten von hinten mit einem Weißlichtquelle. Mit einer weißen Lichtquelle sollte eine gleichmäßige Farbfolie für hochdichte Nanopartikelmonoschichten bei der Übertragung und einem goldähnlichen Reflexion in Reflexion, Fig. 2 beobachtet beobachtet werden. </li><li> Verwenden Sie ein Spektrometer (siehe Abschnitt 1.2.2), um die makroskopischen Absorptionsspektrum von den Monoschichten zu quantifizieren, Abbildung 4. Normalisieren des Absorptionsspektrums mit einer sauberen Glasobjektträger. Montieren der Einzelschicht-Folie, auf einem Glassubstrat, in den Strahlengang des Spektrometers zu sammeln und das Absorptionsspektrum. Hinweis: Das Absorptionsmaximum sollte deutlich rotverschoben mehreren hundert Nanometern in Abhängigkeit von der Liganden verwendet werden. Der Qualitätsfaktor des Absorptionspeaks ist vergleichbar mit der verdünnten Suspension Wert sein, aber nur wenig broadened (Abbildung 4). Wenn die Absorptionsspitze ist sehr breit oder nicht gut definiert dann die Monoschichten sind wohl von schlechter Qualität, fahren Sie mit Abschnitt 3.3 für die weitere Charakterisierung. </li><li> Untersuchen der nanoskopischen Organisation der Nanokugeln mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) von Monoschichten auf Siliciumwafersubstrate übertragen (siehe Abschnitt 2.1.2), wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn die Filme auf Glassubstraten zu verbinden leitende Band an einer Ecke der Folie und erden Sie es an die SEM Podest Lade verhindern und Bildgebung. </li></ol> 4. Effiziente Phasentransfer-Technik für die organische Lösliche Nanopartikel <ol><li> Die Technik als ein effizientes Mittel, um die Nanopartikel mit Thiol-Liganden funktionalisiert verwenden, dekantiert die Lösung von dem verbleibenden Boden der Ampulle nach der Reaktion abgeschlossen ist, Abschnitt 1.7, und Trocknen des Materials in der Ampulle unter Stickstoffatmosphäre. </li><li> In einem organischen Lösungsmittel (zBChloroform, Toluol), um erneut zu suspendieren die Nanopartikel mit fast 100% Phasenübergang und Wiederherstellung. </li><li> Wiederholen, um sicherzustellen, Abschnitt 1.2.1 die Nanopartikel nicht beim erneuten Suspension in dem organischen Lösungsmittel aggregiert. Wenn der Absorptionsspitze ist Platte relativ zu der ursprünglichen Suspension, Beschallen der Probe für 15 min, um die Nanopartikel zu redispergieren, 4. </li></ol>

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	<li>Fontana, J., Naciri, J., Rendell, R., Ratna, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Macroscopic+self-assembly+and+optical+characterization+of+nanoparticle&#8211;ligand+metamaterials.">Macroscopic self-assembly and optical characterization of nanoparticle&#8211;ligand metamaterials.</a> Advanced Optical Materials. 1, 100-106 (2013).</li><li>Fontana, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+surface-enhanced+Raman+scattering+from+self-assembled+gold+nanosphere+monolayers.">Large surface-enhanced Raman scattering from self-assembled gold nanosphere monolayers.</a> Applied Physics Letters. 102, (2013).</li><li>Mayya, K. S., Sastry, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+technique+for+the+spontaneous+growth+of+colloidal+nanoparticle+superlattices.">A new technique for the spontaneous growth of colloidal nanoparticle superlattices.</a> Langmuir. 15, 1902-1904 (1999).</li><li>Spain, E. M., Johnson, D. D., Kang, B., Vigorita, J. 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W., Lee, H., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Far-field+optical+hyperlens+magnifying+sub-diffraction-limited+objects.">Far-field optical hyperlens magnifying sub-diffraction-limited objects.</a> Science. 315, 1686-1686 (2007).</li><li>Valentine, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+optical+metamaterial+with+a+negative+refractive+index.">Three-dimensional optical metamaterial with a negative refractive index.</a> Nature. 455, (2008).</li><li>Law, M., Greene, L. E., Johnson, J. C., Saykally, R., Yang, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanowire+dye-sensitized+solar+cells.">Nanowire dye-sensitized solar cells.</a> Nature Materials. 4, 455-459 (2005).</li><li>Frens, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+Nucleation+for+Regulation+of+Particle-Size+in+Monodisperse+Gold+Suspensions.">Controlled Nucleation for Regulation of Particle-Size in Monodisperse Gold Suspensions.</a> Nature-Phys Sci. 241, 20-22 (1973).</li><li>Ye, X., Chen, J., Diroll, B. T., Murray, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+Plasmonic+Coupling+in+Self-Assembled+Binary+Nanocrystal+Superlattices+Studied+by+Correlated+Optical+Microspectrophotometry+and+Electron+Microscopy.">Tunable Plasmonic Coupling in Self-Assembled Binary Nanocrystal Superlattices Studied by Correlated Optical Microspectrophotometry and Electron Microscopy.</a> Nano Letters. 13, 1291-1297 (2013).</li><li>Bigioni, T. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetically+driven+self-assembly+of+highly+ordered+nanoparticle+monolayers.">Kinetically driven self-assembly of highly ordered nanoparticle monolayers.</a> Nature Materials. 5, (2006).</li><li>Ng, K. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Free-Standing+Plasmonic-Nanorod+Super+lattice+Sheets.">Free-Standing Plasmonic-Nanorod Super lattice Sheets.</a> Acs Nano. 6, 925-934 (2012).</li><li>Romero, I., Aizpurua, J., Bryant, G. W., de Abajo, F. J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmons+in+nearly+touching+metallic+nanoparticles:+singular+response+in+the+limit+of+touching+dimers.">Plasmons in nearly touching metallic nanoparticles: singular response in the limit of touching dimers.</a> Optics Express. 14, 9988-9999 (2006).</li><li>Caragheorgheopol, A., Chechik, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanistic+aspects+of+ligand+exchange+in+Au+nanoparticles.">Mechanistic aspects of ligand exchange in Au nanoparticles.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 10, 5029-5041 (2008).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Dieses Protokoll beschreibt eine einzige &quot;Ein-Topf&quot; Selbstmontagetechnik zu makroskopischen Nanopartikel-Liganden-Monoschichten mit Phasentransfer-, Phasentrennung und Oberflächenspannung Gradienten erstellen. Der Vorteil dieser Technik ist, dass sie kombiniert drei Selbstorganisation in einem einzigen, kostengünstigen Prozess; durch schnell und effizient Phasen Übertragen der Nanopartikel, die Montage der Partikel in Monoschichten an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche und Transportieren der Monoschichten ...

Die Selbstorganisation von makroskopischen Nanoteilchenfilme hat große Aufmerksamkeit für ihre einzigartigen Eigenschaften aus der Geometrie und Zusammensetzung der Elemente 5 bestimmt zogen und kann zu einer Vielzahl von optischen, elektronischen und chemischen Anwendungen 6-14 führen. Um Selbstorganisation solcher Filme metallischen Nanopartikeln mit Liganden begrenzt sind zu hohe Dichte, Monoschichten verpackt werden. Jedoch mehrere Montage Fragen müssen angegangen, um die Entwicklung solcher Materialien voranzubringen. Zunächst stabilisiert Tensid metallische Nanopartikel werden in der Regel durch nasschemische Verfahren in verdünnten Suspensionen 15 synthetisiert. Um die Aggregation zu verhindern und die interpartikuläre Abstand der Nanopartikel in den Filmen zu steuern, müssen die Nanopartikel mit Ligandenhüllen begrenzt. Nachdem die Nanopartikel mit Liganden funktionalisiert wurden die Nanopartikel in der Regel bleiben relativ verdünnte Suspensionen. Eine Technik ist dann neEDED zur Selbstorganisation der Nanopartikel in makroskopischen, High-Density-, Monoschichten 16, 17. Cheng et al. Phase über 18 Gold-Nanostäbchen mit thiolierte Polystyrol in einem Wasser-Tetrahydrofuran-Suspension. Die Stäbchen wurden dann in Chloroform wieder suspendiert und ein Tropfen wurde bei einem Luft-Wasser-Grenzfläche eingebracht und langsam verdampft und bilden Monoschichten. 17 erstellt Bigioni et al. Makroskopischen Monoschichten aus Dodecanthiol bedeckten Goldnanokugeln mit überschüssigen Liganden und schnelle Lösungsmittelverdampfung, aber die Nanokugeln benötigt, um Phase vor der Selbstorganisation übertragen werden. Wenn die Monoschichten gebildet werden, die sie benötigen typischerweise auf ein Substrat transportiert werden. Mayya et al. 3 beschränkt Nanokügelchen in einer Wasser-Toluol-Schnittstelle und übertragen sie auf Vorlage freie Substrate mit Oberflächenspannung Steigungen. Ebenso Johnson <em&gt; et al. 4 aufgehängt Silber-Nanokugeln von mehr Ligand und dann übersetzt die Nanopartikel die Wände des Gefäßes mit Oberflächenspannung Gradienten aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten. Während Montagetechniken existieren, um jede dieser Fragen die Notwendigkeit effizienter Techniken ist notwendig, um bei der Entwicklung von großen Nanopartikel Filmproduktionsförderung anzugehen. Hier zeigen wir ein einfaches und robustes Verfahren, das die drei oben beschriebenen Selbstorganisationsfragen zu einem einzigen &quot;Eintopf&quot;-Technik, die in Fig. 1 gezeigt kombiniert. Einem wassermischbaren organischen Lösungsmittel (z. B. Tetrahydrofuran, Dimethylsulfoxid dimeythl), wird verwendet, zunächst schnell und effizient Thiol-Liganden (z. B. Thiol-Alkan-, Thiol-En-Thiol-phenol) funktionalisieren auf den Nanopartikeln (z. B. Gold-Nanokugeln, Nanostäbchen, etc.). Man steuert dann die Selbstorganisation der Nanopartikel in makroskopische hoher Dichte, Monolayer Filmen an der Luft-Flüssigkeit-Schnittstelle mit Phasentrennung. Schließlich Monoschichten der Nanopartikel bilden auf templatfreien Substraten unter Verwendung von Gradienten der Oberflächenspannung des Wassers / organischen Lösungsmittelgemisch, Fig. 2 und Fig. 3.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="628">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">1-6 hexanedithiol</td>
			<td style="width:97px;">Sigma</td>
			<td style="width:140px;">H12005-5G</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">1-dodecanethiol</td>
			<td style="width:97px;">Sigma</td>
			<td style="width:140px;">471364-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">20 ml liquid scintillation vials</td>
			<td style="width:97px;">Sigma</td>
			<td style="width:140px;">Z253081-1PAK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:25px;width:224px;">acetone</td>
			<td style="width:97px;">Sigma</td>
			<td>650501-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:224px;">amicon ultra-15 centrifugal filter&#160;</td>
			<td style="width:97px;">Millipore</td>
			<td style="width:140px;">100K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">centrifuge</td>
			<td style="width:97px;">Sorvall&#160;</td>
			<td style="width:140px;">RC5B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">centrifuge&#160;</td>
			<td style="width:97px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:140px;">5810R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">deionized water&#160;</td>
			<td style="width:97px;">in-house&#39;</td>
			<td style="width:140px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:25px;width:224px;">glass slides</td>
			<td style="width:97px;">Sigma</td>
			<td style="width:140px;">CLS294875X25-72EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:224px;">15 nm gold nanospheres</td>
			<td style="width:97px;">Ted Pella, Inc</td>
			<td style="width:140px;">15703-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">hexamethyldisilazane</td>
			<td style="width:97px;">Sigma</td>
			<td style="width:140px;">52619-50ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">hydrogen peroxide (30%)</td>
			<td style="width:97px;">Sigma</td>
			<td style="width:140px;">216763-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">scanning electron microscope</td>
			<td style="width:97px;">Carl Zeiss</td>
			<td style="width:140px;">Model 55</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">polished silicon wafer</td>
			<td style="width:97px;">Sun Edison</td>
			<td style="width:140px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">spectrometer</td>
			<td style="width:97px;">OceanOptics</td>
			<td style="width:140px;">USB4000-VIS-NIR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">sulfuric acid</td>
			<td style="width:97px;">Fisher</td>
			<td style="width:140px;">A300-212</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:224px;">tetrahydrofuran</td>
			<td style="width:97px;">Sigma</td>
			<td style="width:140px;">401757-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a technique to functionalize and self-assemble macroscopic nanoparticle-ligand monolayer films onto template-free substrates

Dieses Protokoll beschreibt einen Selbstmontagetechnik makroskopische Monoschichten von Liganden-beschichteten Nanopartikel 1, 2 zusammensetzt. Die einfache, robuste und skalierbare Technik effizient funktionalisiert metallischen Nanopartikeln mit Thiol-Liganden in einem mischbaren Wasser / organischen Lösungsmittelgemisch ermöglicht eine schnelle Transplantation von Thiolgruppen auf die Goldnanopartikeloberfläche. Die hydrophoben Liganden auf die Nanopartikel dann schnell Phase zu trennen, die Nanopartikel aus der Suspension auf Wasserbasis und gänzlich in der Luft-Fluid-Grenzfläche. Dies treibt die ligandenstabilisierte Nanopartikel Monodomänen an der Luft-Flüssigkeitsgrenzfläche zu bilden. Die Verwendung von mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel ist wichtig, da sie ermöglicht den Transport der Nanopartikel von der Schnittstelle auf templatfreien Substraten. Die Strömung wird durch einen Gradienten der Oberflächenspannung 3, 4 vermittelt und erzeugt makroskopisch hoher Dichte, Mono NanOpArtikel-Ligand-Filme. Diese Selbstmontagetechnik kann verallgemeinert werden, um die Verwendung von Teilchen unterschiedlicher Zusammensetzungen, Größe umfassen, und Form und kann zu einer effizienten Montageverfahren führen zu günstigen makroskopischen hoher Dichte, Mono Nanoteilchenfilme für weit verbreitete Anwendungen herzustellen .

Fig. 1 (a) zeigt eine Suspension von Goldnanokügelchen, Thiol-Alkan-Liganden, Tetrahydrofuran und Wasser in einem Glasfläschchen unmittelbar nach dem Mischen. Eine schematische Darstellung der drei Hauptselbstorganisationsstufen, Phasentransfer, Phasentrennung, und die Gradienten der Oberflächenspannung vermittelte Filmtransport ist in Fig. 1 (b) gezeigt, wie eine erweiterte Ansicht an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche in der Nähe der Seite der Ampulle. <p class="jove_content"...

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A Technique to Functionalize and Self-assemble Macroscopic Nanoparticle-ligand Monolayer Films onto Template-free Substrates

Eine einfache, robuste und skalierbare Technik, um auf Vorlage freie Substrate zu funktionalisieren und Selbstorganisation makroskopischer Nanopartikel-Liganden-Monoschichten wird in diesem Protokoll beschrieben.

Eine Technik, um auf Vorlage freie Substrate zu funktionalisieren und Selbstorganisation makroskopische Nanopartikel-Liganden-Monolayer Films

This protocol describes a self-assembly technique to create macroscopic monolayer films composed of ligand-coated nanoparticles1,2. The simple, robust and ...

a-technique-to-functionalize-self-assemble-macroscopic-nanoparticle

Research

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Chemistry

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Serie: A Technique to Functionalize and Self-assemble Macroscopic Nanoparticle-ligand Monolayer Films onto Template-free Substrates

Covalent Binding of BMP-2 on Surfaces Using a Self-assembled Monolayer Approach

Bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) is a growth factor embedded in the extracellular matrix of bone tissue. BMP-2 acts as trigger of mesenchymal cell differentiation into osteoblasts, thus stimulating healing and de novo bone formation. The clinical use of recombinant human BMP-2 (rhBMP-2) in conjunction with scaffolds has raised recent controversies, based on the mode of presentation and the amount to be delivered. The protocol presented here provides a simple and efficient way to deliver BMP-2 for in vitro studies on cells. We describe how to form a self-assembled monolayer consisting of a heterobifunctional linker, and show the subsequent binding step to obtain covalent immobilization of rhBMP-2. With this approach it is possible to achieve a sustained presentation of BMP-2 while maintaining the biological activity of the protein. In fact, the surface immobilization of BMP-2 allows targeted investigations by preventing unspecific adsorption, while reducing the amount of growth factor and, most notably, hindering uncontrolled release from the surface. Both short- and long-term signaling events triggered by BMP-2 are taking place when cells are exposed to surfaces presenting covalently immobilized rhBMP-2, making this approach suitable for in vitro studies on cell responses to BMP-2 stimulation.

We describe a method for accomplishing efficient immobilization of BMP-2 on surfaces. Our approach is based on the formation of a self-assembled monolayer to achieve the covalent binding of BMP-2 via its free amine residues. This method is a useful tool to study signaling at the cell membrane.

Die kovalente Bindung von BMP-2 auf Oberflächen mit einem selbstorganisierten Monoschicht-Ansatz

Bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) is a growth factor embedded in the extracellular matrix of bone tissue. BMP-2 acts as trigger of mesenchymal cell ...

Forschung

Chemie

Towards Biomimicking Wood: Fabricated Free-standing Films of Nanocellulose, Lignin, and a Synthetic Polycation

Woody materials are comprised of plant cell walls that contain a layered secondary cell wall composed of structural polymers of polysaccharides and lignin. Layer-by-layer (LbL) assembly process which relies on the assembly of oppositely charged molecules from aqueous solutions was used to build a freestanding composite film of isolated wood polymers of lignin and oxidized nanofibril cellulose (NFC). To facilitate the assembly of these negatively charged polymers, a positively charged polyelectrolyte, poly(diallyldimethylammomium chloride) (PDDA), was used as a linking layer to create this simplified model cell wall. The layered adsorption process was studied quantitatively using quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) and ellipsometry. The results showed that layer mass/thickness per adsorbed layer increased as a function of total number of layers. The surface coverage of the adsorbed layers was studied with atomic force microscopy (AFM). Complete coverage of the surface with lignin in all the deposition cycles was found for the system, however, surface coverage by NFC increased with the number of layers. The adsorption process was carried out for 250 cycles (500 bilayers) on a cellulose acetate (CA) substrate. Transparent free-standing LBL assembled nanocomposite films were obtained when the CA substrate was later dissolved in acetone. Scanning electron microscopy (SEM) of the fractured cross-sections showed a lamellar structure, and the thickness per adsorption cycle (PDDA-Lignin-PDDA-NC) was estimated to be 17 nm for two different lignin types used in the study. The data indicates a film with highly controlled architecture where nanocellulose and lignin are spatially deposited on the nanoscale (a polymer-polymer nanocomposites), similar to what is observed in the native cell wall.

The objective of this research was to form synthetic plant cell wall tissue using layer-by-layer assembly of nanocellulose fibrils and isolated lignin assembled from dilute aqueous suspensions.&#160; Surface measurement techniques of quartz crystal microbalance and atomic force microscopy were used to monitor the formation of the polymer-polymer nanocomposite material.

Gegen biomimetischen Holz: Hergestellt Freistehende Filme aus Nanocellulose, Lignin und eines synthetischen Polykation

Woody materials are comprised of plant cell walls that contain a layered secondary cell wall composed of structural polymers of polysaccharides and ...

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain such surfaces are described. The first approach is the preparation of single terminated perovskite SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates. Wet etching was used to selectively remove one of the two possible surface terminations, while an annealing step was used to increase the smoothness of the surface. The resulting single terminated surfaces allow for the heteroepitaxial growth of perovskite oxide thin films with high crystalline quality and well-defined interfaces between substrate and film. In the second approach, seed layers for epitaxial film growth on arbitrary substrates were created by Langmuir-Blodgett (LB) deposition of nanosheets. As model system Ca2Nb3O10- nanosheets were used, prepared by delamination of their layered parent compound HCa2Nb3O10. A key advantage of creating seed layers with nanosheets is that relatively expensive and size-limited single crystalline substrates can be replaced by virtually any substrate material.

Various procedures are outlined to prepare atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films. Chemical treatments of single crystalline SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates were performed to obtain atomically smooth, single terminated surfaces. Ca2 Nb3 O10- nanosheets were used to create atomically defined templates on arbitrary substrates.

Atomar definierte Vorlagen Epitaxieausrüstung komplexer Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Fabrication of Large-area Free-standing Ultrathin Polymer Films

This procedure describes a method for the fabrication of large-area and ultrathin free-standing polymer films. Typically, ultrathin films are prepared using either sacrificial layers, which may damage the film or affect its mechanical properties, or they are made on freshly cleaved mica, a substrate that is difficult to scale. Further, the size of ultrathin film is typically limited to a few square millimeters. In this method, we modify a surface with a polyelectrolyte that alters the strength of adhesion between polymer and deposition substrate. The polyelectrolyte can be shown to remain on the wafer using spectroscopy, and a treated wafer can be used to produce multiple films, indicating that at best minimal amounts of the polyelectrolyte are added to the film. The process has thus far been shown to be limited in scalability only by the size of the coating equipment, and is expected to be readily scalable to industrial processes. In this study, the protocol for making the solutions, preparing the deposition surface, and producing the films is described.

We describe a method for the fabrication of large-area (up to 13 cm diameter) and ultrathin (as thin as 8 nm) polymer films. Instead of using a sacrificial interlayer to delaminate the film from its substrate, we use a self-limiting surface treatment suitable for arbitrarily large areas.

Herstellung von großflächigen Freistehende ultradünne Polymerfilme

This procedure describes a method for the fabrication of large-area and ultrathin free-standing polymer films.  Typically, ultrathin films are prepared ...

Preparation of Mica and Silicon Substrates for DNA Origami Analysis and Experimentation

The designed nature and controlled, one-pot synthesis of DNA origami provides exciting opportunities in many fields, particularly nanoelectronics. Many of these applications require interaction with and adhesion of DNA nanostructures to a substrate. Due to its atomically flat and easily cleaned nature, mica has been the substrate of choice for DNA origami experiments. However, the practical applications of mica are relatively limited compared to those of semiconductor substrates. For this reason, a straightforward, stable, and repeatable process for DNA origami adhesion on derivatized silicon oxide is presented here. To promote the adhesion of DNA nanostructures to silicon oxide surface, a self-assembled monolayer of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) is deposited from an aqueous solution that is compatible with many photoresists. The substrate must be cleaned of all organic and metal contaminants using Radio Corporation of America (RCA) cleaning processes and the native oxide layer must be etched to ensure a flat, functionalizable surface. Cleanrooms are equipped with facilities for silicon cleaning, however many components of DNA origami buffers and solutions are often not allowed in them due to contamination concerns. This manuscript describes the set-up and protocol for in-lab, small-scale silicon cleaning for researchers who do not have access to a cleanroom or would like to incorporate processes that could cause contamination of a cleanroom CMOS clean bench. Additionally, variables for regulating coverage are discussed and how to recognize and avoid common sample preparation problems is described.

Reproducible cleaning processes for substrates used in DNA origami research are described, including bench-top RCA cleaning and derivatization of silicon oxide. Protocols for surface preparation, DNA origami deposition, drying parameters, and simple experimental set-ups are illustrated.

Herstellung von Mica und Siliziumsubstraten für die DNA-Origami-Analyse und Experimentieren

The designed nature and controlled, one-pot synthesis of DNA origami provides exciting opportunities in many fields, particularly nanoelectronics. Many of ...

Cooling Rate Dependent Ellipsometry Measurements to Determine the Dynamics of Thin Glassy Films

This report aims to fully describe the experimental technique of using ellipsometry for cooling rate dependent Tg (CR-Tg) experiments. These measurements are simple high-throughput characterization experiments, which can determine the glass transition temperature (Tg), average dynamics, fragility and the expansion coefficient of the super-cooled liquid and glassy states for a variety of glassy materials. This technique allows for these parameters to be measured in a single experiment, while other methods must combine a variety of different techniques to investigate all of these properties. Measurements of dynamics close to Tg are particularly challenging. The advantage of cooling rate dependent Tg measurements over other methods which directly probe bulk and surface relaxation dynamics is that they are relatively quick and simple experiments, which do not utilize fluorophores or other complicated experimental techniques. Furthermore, this technique probes the average dynamics of technologically relevant thin films in temperature and relaxation time (&#964;&#945;) regimes relevant to the glass transition (&#964;&#945; &#62; 100 sec). The limitation to using ellipsometry for cooling rate dependent Tg experiments is that it cannot probe relaxation times relevant to measurements of viscosity (&#964;&#945; &#60;&#60; 1 sec). Other cooling rate dependent Tg measurement techniques, however, can extend the CR-Tg method to faster relaxation times. Furthermore, this technique can be used for any glassy system so long as the integrity of the film remains throughout the experiment.

Here, we present a protocol for cooling rate dependent ellipsometry experiments, which can determine the glass transition temperature (Tg), average dynamics, fragility and the expansion coefficient of the super-cooled liquid and glass for a variety of glassy materials.

Kühlrate Dependent Ellipsometriemessungen die Dynamik des Thin Glassy Films zu ermitteln

This report aims to fully describe the experimental technique of using ellipsometry for cooling rate dependent Tg (CR-Tg) experiments. These measurements ...

Deacetylation Assays to Unravel the Interplay between Sirtuins (SIRT2) and Specific Protein-substrates

Acetylation has emerged as an important post-translational modification (PTM) regulating a plethora of cellular processes and functions. This is further supported by recent findings in high-resolution mass spectrometry based proteomics showing that many new proteins and sites within these proteins can be acetylated. However the identity of the enzymes regulating these proteins and sites is often unknown. Among these enzymes, sirtuins, which belong to the class III histone lysine deacetylases, have attracted great interest as enzymes regulating the acetylome under different physiological or pathophysiological conditions. Here we describe methods to link SIRT2, the cytoplasmic sirtuin, with its substrates including both in vitro and in vivo deacetylation assays. These assays can be applied in studies focused on other members of the sirtuin family to unravel the specific role of sirtuins and are necessary in order to establish the regulatory interplay of specific deacetylases with their substrates as a first step to better understand the role of protein acetylation. Furthermore, such assays can be used to distinguish functional acetylation sites on a protein from what may be non-regulatory acetylated lysines, as well as to examine the interplay between a deacetylase and its substrate in a physiological context.

Deacetylation Assays to Unravel the Interplay between Sirtuins SIRT2 and Specific Protein-substrates

This protocol describes the required steps to execute in vitro and in vivo deacetylation assays in order to establish the role of proteins as specific deacetylation substrates for sirtuins and further study the role of reversible - lysine acetylation as a post-translational modification.

Deacetylierung Assays zu entwirren, das Zusammenspiel zwischen Sirtuine (SIRT2) und spezifische Protein-Substrate

Acetylation has emerged as an important post-translational modification (PTM) regulating a plethora of cellular processes and functions. This is further ...

Capillary Electrophoresis to Monitor Peptide Grafting onto Chitosan Films in Real Time

Free-solution capillary electrophoresis (CE) separates analytes, generally charged compounds in solution through the application of an electric field. Compared to other analytical separation techniques, such as chromatography, CE is cheap, robust and effectively requires no sample preparation (for a number of complex natural matrices or polymeric samples). CE is fast and can be used to follow the evolution of mixtures in real time (e.g., chemical reaction kinetics), as the signals observed for the separated compounds are directly proportional to their quantity in solution.
Here, the efficiency of CE is demonstrated for monitoring the covalent grafting of peptides onto chitosan films for subsequent biomedical applications. Chitosan&#39;s antimicrobial and biocompatible properties make it an attractive material for biomedical applications such as cell growth substrates. Covalently grafting the peptide RGDS (arginine - glycine - aspartic acid - serine) onto the surface of chitosan films aims at improving cell attachment. Historically, chromatography and amino acid analysis have been used to provide a direct measurement of the amount of grafted peptide. However, the fast separation and absence of sample preparation provided by CE enables equally accurate yet real-time monitoring of the peptide grafting process. CE is able to separate and quantify the different components of the reaction mixture: the (non-grafted) peptide and the chemical coupling agents. In this way the use of CE results in improved films for downstream applications.
The chitosan films were characterized through solid-state NMR (nuclear magnetic resonance) spectroscopy. This technique is more time-consuming and cannot be applied in real time, but yields a direct measurement of the peptide and thus validates the CE technique.

Free solution capillary electrophoresis is a fast, cheap and robust analytical method that enables the quantitative monitoring of chemical reactions in real time. Its utility for rapid, convenient and precise analysis is demonstrated here through analysis of covalent peptide grafting onto chitosan films for improved cell adhesion.

Kapillarelektrophorese zum Monitor Peptid Verpflanzen auf Chitosanfilme in Echtzeit

Free-solution capillary electrophoresis (CE) separates analytes, generally charged compounds in solution through the application of an electric field. ...

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. Conductive polymers, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), and a semiconducting polymer, poly(thieno[3,2-b]thiophene) (PTT), were deposited on unconventional highly-disordered and textured substrates with high surface areas, such as paper, towels and fabrics. This reported deposition chamber is an improvement of previous vapor reactors because our system can accommodate both volatile and nonvolatile monomers, such as 3,4-propylenedioxythiophene and thieno[3,2-b]thiophene. Utilization of both solid and liquid oxidants are also demonstrated. One limitation of this method is that it lacks sophisticated in situ thickness monitors. Polymer coatings made by the commonly used solution-based coating methods, such as spin-coating and surface grafting, are often not uniform or susceptible to mechanical degradation. This reported vapor phase deposition method overcomes those drawbacks and is a strong alternative to common solution-based coating methods. Notably, polymer films coated by the reported method are uniform and conformal on rough surfaces, even at a micrometer scale. This feature allows for future application of vapor deposited polymers in electronics devices on flexible and highly textured substrates.

This paper presents a protocol for reactive vapor deposition of poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), and poly(thieno[3,2-b]thiophene) films on glass slides and rough substrates, such as textiles and paper.

Reaktiven Aufdampfen von konjugierten Polymerfilmen auf beliebigen Substraten

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. ...

Solution-Processed "Silver-Bismuth-Iodine" Ternary Thin Films for Lead-Free Photovoltaic Absorbers

Bismuth-based hybrid perovskites are regarded as promising photo-active semiconductors for environment-friendly and air-stable solar cell applications. However, poor surface morphologies and relatively high bandgap energies have limited their potential. Silver-bismuth-iodine (Ag-Bi-I) is a promising semiconductor for optoelectronic devices. Therefore, we demonstrate the fabrication of Ag-Bi-I ternary thin films using material solution processing. The resulting thin films exhibit controlled surface morphologies and optical bandgaps according to their thermal annealing temperatures. In addition, it has been reported that Ag-Bi-I ternary systems crystallize to AgBi2I7, Ag2BiI5, etc. according to the ratio of the precursor chemicals. The solution-processed AgBi2I7 thin films exhibit a cubic-phase crystal structure, dense, pinhole-free surface morphologies with grains ranging in size from 200 to 800 nm, and an indirect bandgap of 1.87 eV. The resultant AgBi2I7 thin films show good air stability and energy band diagrams, as well as surface morphologies and optical bandgaps suitable for lead-free and air-stable single-junction solar cells. Very recently, a solar cell with 4.3% power conversion efficiency was obtained by optimizing the Ag-Bi-I crystal compositions and solar cell device architectures.

Solution-Processed &quot;Silver-Bismuth-Iodine&quot; Ternary Thin Films for Lead-Free Photovoltaic Absorbers

Herein, we present detailed protocols for solution-processed silver-bismuth-iodine (Ag-Bi-I) ternary semiconductor thin films fabricated on TiO2-coated transparent electrodes and their potential application as air-stable and lead-free optoelectronic devices.

Lösung verarbeitet "Silber-Wismut-Jod" ternäre Dünnschichten für bleifrei-Photovoltaik-Absorber

Bismuth-based hybrid perovskites are regarded as promising photo-active semiconductors for environment-friendly and air-stable solar cell applications. ...