עבודה זו נתמכה במימון הניתן ממשרד מחקר של צי. ג&#39;יי פונטנה מכירה במועצה הלאומית למחקר לAssociateship דוקטורט.

1. Monolayers יגנד-nanoparticle התאסף עצמי כדוגמא להמחשה של טכניקת ההרכבה העצמית, סרטי מאקרוסקופי, תיאול-alkane הכתיר nanosphere זהב monolayer מיוצרים באופן הבא: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתרכז 15 nanospheres ננומטר זהב (זמין באופן מסחרי בצפיפות מספר: 10 12 מיליליטר / חלקיקים) ל~ 10 13 / מיליליטר חלקיקים במים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח 15 מיליליטר של ההשעיה המים nanosphere לדלל לתוך מסנן אולטרה הצנטריפוגלי (100 K מגבלת משקל מולקולרי נומינלית). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צנטריפוגה המסנן / בקבוקון ב4,500 XG במשך 2 דקות או עד שרק כמה מיליליטר יישאר בתא הסינון. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Resuspend nanosphere בכ 1 מיליליטר של מים deionized (DI), כך שריכוז nanoparticle הוא 10 13 חלקיקים / מיליליטר. ההשעיה היא יציבה במשך כמה שעות resuspended פעם אחת במים די. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את צפיפות המספר ולאשר את חה חלקיקיםיש לא מצטבר. לדלל את ההשעיה nanoparticle המרוכזת על ידי גורם של 1:10 בחזרה לריכוז המקורי על ידי הצבת 0.150 מיליליטר של ההשעיה לקובט (אורך נתיב 1 סנטימטר), ועל זה להוסיף 1.35 מיליליטר של מים די. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את קובט לספקטרומטר ולמדוד את ספקטרום הספיגה של ההשעיה וההשעיה המקורית. השווה את מיקום השיא ורוחב מלא במחצית המרבית כדי להבטיח צבירה לא קרתה. סדר הגודל של הפסגות ספיגת עבור שני הדגימות צריך להיות בערך אותו דבר, וכך להבטיח את המדגם המרוכז הוא צפוף יותר בפקטור של 10. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בבקבוקון נפרד זכוכית 20 ורוסיליקט מיליליטר נקי להוסיף 1 מיליליטר של tetrahydrofuran (THF). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף את ligands תיאול-alkane (לדוגמא 5 מיליליטר של 1,6-hexanedithiol ו5 מיליליטר של 1-dodecanethiol) לTHF ולנער את הפתרון לערבב באופן אחיד. ליגנד מספיק יש להוסיף כדי לכסות לפחות את כל פני השטח של חלקיקים מושעים. Exceליגנד ss מגביר את המהירות ויעילות של התגובה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> , במנדף לשפוך את תכולת הבקבוקון המכיל את nanospheres הזהב לתוך הבקבוקון של THF-ligands. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מהירות לדפוק על המכסה ולנער את הבקבוקון במרץ ל15 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המכסה ולהגדיר את הבקבוקון למטה במנדף, איור 1 (א). בהתאם לligands משמש, תחומים של סרטי nanoparticle הזהב יוצרים במהירות בממשק האוויר נוזלי, איור 1 (ג). לאחר מכן הסרטים יתחילו לתרגם את הצדדים של הבקבוקון, איור 1 (ד). כמעט כל חלקיקים כתרים עם תיאול ליגנד, הוסר מההשעיה, והועברו לצדדים של הבקבוקון בתוך שעה 1, איור 1 (ה). </li></ol> 2. העברת Monolayers על גבי מצעים נשלפים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להעביר את הסרטים על גבי זכוכית נשלפת ומצעים פרוסות סיליקון: לחתוך את מצעים לתוך שטח של 12.5 מ&quot;מ x 25.4 מ&quot;מ באמצעותעט scribing / גלגל. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצעי זכוכית: נקי באמצעות שטיפת אצטון, ואחרי שטיפת אלכוהול איזופרופיל, ולבסוף לשטוף במי DI. לאפשר למצעים לייבוש, המשך לסעיף 2.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצעי ופל הסיליקון: במנדף להכין פתרון Piranha (3 חלקים מרוכזים חומצה גופרתית ל30% מי חמצן חלק 1 מימן, זהירות: מחמצן, מאכל). הנח 15 מיליליטר של חומצה גופרתית לתוך בקבוקון זכוכית בורוסיליקט 20 מיליליטר. לזה לאט להוסיף 5 מיליליטר של 30% מי חמצן. אל מכסה את הבקבוקון. השתמש בזהירות; את התערובת היא אקסותרמית מאוד. ראה התייחסות ליותר מידע בטיחות 19. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> submerse בזהירות את מצעי פרוסות סיליקון לתוך פתרון Piranha ל30 דקות, להסיר, לשטוף עם מים די ויבשים עם חנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כצעד אופציונלי, ניתן salinized הבקבוקון משמש להחלפה ליגנד nanoparticle והרכבה עצמית כדי לכפות על כל חלקיקים על גבי מצע הזכוכית או siLicon רקיק במקום קירות בקבוקון הזכוכית, אחרת תמשיך לסעיף 2.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא את בקבוקון הזכוכית עם פתרון Piranha (זהירות: מחמצן, מאכל), עיין בסעיף 2.1.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפשר הבקבוקון להשרות במשך 30 דקות. לאחר 30 דקות לשטוף את הבקבוקון עם מים די. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא בקבוקון עם 1% v / v של hexamethyldisilazane באצטון וכובע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפשר את הבקבוקון האטום כדי לספוג ל24 שעות, ולאחר מכן לשטוף עם מים די ויבשים עם חנקן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני רועד (סעיף 1.6) להכניס את המצע לתוך הבקבוקון. הברג את המכסה ולנער. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי שלחצתי להסיר את המכסה ו, באמצעות פינצטה, מקם את המצע כמעט אנכי על קיר הבקבוקון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש פיפטה למעייל תערובת התגובה על גבי המצע. התגובה נפסקת כאשר כל הממס האורגני התאדה או כל nanoparticle הוסר מההשעיה. </li></ol> 3. חד שכבתי ניתוח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעריך אתאריזת יעילות של nanospheres בשכבה במהירות על ידי התבוננות בשידור ומאפיינים רעיוני של הסרט. להאיר את monolayer על מצעי זכוכית מאחור עם מקור האור לבן. עם מקור אור לבן, סרט בצבע אחיד יש לשים לב לסרטי monolayer nanoparticle בצפיפות גבוהה בהולכה והשתקפות כמו זהב, שנצפתה בהשתקפות, איור 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש ספקטרומטר (ראה סעיף 1.2.2) לכמת את ספקטרום הספיגה מקרוסקופית מmonolayers, איור 4. נרמל את ספקטרום הספיגה עם שקופית זכוכית נקייה. הר את סרט monolayer, על מצע זכוכית, לתוך נתיב הקרן של ספקטרומטר ולאסוף את ספקטרום הספיגה. הערה: שיא הספיגה צריך להיות כמה מאה ננומטרים אדומים עבר בצורה משמעותית בהתאם ליגנד בשימוש. גורם האיכות של שיא הספיגה צריך להיות דומה לערך ההשעיה לדלל, אבל רק מעט בroadened (איור 4). אם שיא הספיגה הוא רחב או לא מוגדר היטב ואז הסרטים monolayer הם כנראה באיכות ירודה, המשיכו לסעיף 3.3 לאפיון נוסף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבחון את הארגון הננוסקופי של nanospheres באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) של monolayers הועבר על גבי מצעי פרוסות סיליקון (ראה סעיף 2.1.2), כפי שמוצג באיור 3. אם הסרטים הם על זכוכית מצעים להתחבר קלטת מוליך לפינה אחת של הסרט ומעכת אותה לכן SEM כדי למנוע טעינה ומאפשר הדמיה. </li></ol> 4. שלב יעיל העברת טכניקת חלקיקים מסיסים אורגניים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להשתמש בטכניקה כאמצעי יעיל לfunctionalize חלקיקים עם תיאול-ligands, למזוג את הפתרון שנותר מהחלק התחתון של הבקבוקון לאחר התגובה הושלם, סעיף 1.7, ולייבש את החומר בבקבוקון תחת חנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת ממס אורגני (למשלכלורופורם, טולואן) מחדש להשעות את חלקיקים עם כמעט 100% העברת שלב חלקיקים והתאוששות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על סעיף 1.2.1 על מנת להבטיח את חלקיקים לא מצטברים על השעיה מחדש לתוך הממס האורגני. אם שיא הספיגה הוא לוח, ביחס להשעיה המקורית, sonicate המדגם במשך 15 דקות כדי לעזור redisperse חלקיקים, איור 4. </li></ol>

<ol>
	<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. L., Amram, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Marangoni+flow+of+Ag+nanoparticles+from+the+fluid-fluid+interface.">Marangoni flow of Ag nanoparticles from the fluid-fluid interface.</a> J Phys Chem A. 112, 9318-9323 (2008).</li><li>Sihvola, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metamaterials:+A+Personal+View.">Metamaterials: A Personal View.</a> Radioengineering. 18, 90-94 (2009).</li><li>Valentine, J., Li, J. S., Zentgraf, T., Bartal, G., 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=An+optical+cloak+made+of+dielectrics.">An optical cloak made of dielectrics.</a> Nature Materials. 8, 568-571 (2009).</li><li>Seo, E., 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=Double+hydrophilic+block+copolymer+templated+Au+nanoparticles+with+enhanced+catalytic+activity+toward+nitroarene+reduction.">Double hydrophilic block copolymer templated Au nanoparticles with enhanced catalytic activity toward nitroarene reduction.</a> The Journal of Physical Chemistry C. , (2013).</li><li>Ward, D. R., 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=Simultaneous+measurements+of+electronic+conduction+and+Raman+response+in+molecular+junctions.">Simultaneous measurements of electronic conduction and Raman response in molecular junctions.</a> Nano Letters. 8, 919-924 (2008).</li><li>Perez-Gonzalez, O., 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=Optical+Spectroscopy+of+Conductive+Junctions+in+Plasmonic+Cavities.">Optical Spectroscopy of Conductive Junctions in Plasmonic Cavities.</a> Nano Letters. 10, 3090-3095 (2010).</li><li>Xiao, S. M., Chettiar, U. K., Kildishev, A. V., Drachev, V. P., Shalaev, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Yellow-light+negative-index+metamaterials.">Yellow-light negative-index metamaterials.</a> Optics Letters. 34, 3478-3480 (2009).</li><li>Fang, N., Lee, H., 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=Sub-diffraction-limited+optical+imaging+with+a+silver+superlens.">Sub-diffraction-limited optical imaging with a silver superlens.</a> Science. 308, (2005).</li><li>Liu, Z. 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>

יש המחברים אין לחשוף.

פרוטוקול זה מתאר טכניקה יחידה &quot;בסיר אחד&quot; הרכבה עצמית ליצירת סרטי monolayer מקרוסקופית nanoparticle ליגנד באמצעות העברת שלב, שלב הפרדה והדרגות מתח פנים. היתרון של שיטה זו הוא שהיא משלבת שלושה תהליכי הרכבה עצמית לתהליך אחד, בעלות נמוכה; במהירות וביעילות לשלב העברת חלקיקים, ה...

ההרכבה העצמית של סרטי nanoparticle מקרוסקופית משכה תשומת לב רבה למאפיינים הייחודיים שלהם נקבעו מתוך הגיאומטריה ובהרכב של האלמנטים 5 ועלולה להוביל למגוון רחב של יישומים אופטיים, אלקטרוניים וכימיים 6-14. לסרטים כגון עצמי להרכיב חלקיקים מתכתיים כתרים עם ligands חייבים להיות ארוזים בתוך צפיפות גבוהה, monolayers. עם זאת כמה בעיות הרכבה צורך לטפל כדי לקדם את הפיתוח של חומרים כאלה. ראשית, פעילי שטח התייצב חלקיקים מתכתיים מסונתזים בדרך כלל על ידי שיטות כימיה רטובה בהשעיות לדלל 15. כדי למנוע צבירה ולשלוט במרווח interparticle של חלקיקים בסרטים, חלקיקים צריכים להיות כתרים עם פגזים ליגנד. לאחר חלקיקים כבר פונקציונליות עם ligands חלקיקים נשארים בדרך כלל במתלים יחסית לדלל. טכניקה היא אז needed עצמי להרכיב חלקיקים לתוך צפיפות גבוהה, סרטי מאקרוסקופי, monolayer 16, 17. נג et al. 18 שלב הועבר nanorods זהב באמצעות קלקר thiolated בהשעית מים tetrahydrofuran. Nanorods בי אז מחדש תלוי בכלורופורם וירידה הוצבה בממשק אוויר מים ומתאדה באיטיות, ויצר סרטי שכבה. Bigioni et al. 17 נוצרו monolayers מקרוסקופית של nanospheres זהב dodecanethiol הכתיר באמצעות יגנד עודף ואידוי ממס מהיר, אבל nanospheres צריך להיות שלב הועבר לפני הרכבה עצמית. ברגע שסרטי monolayer נוצרים הם בדרך כלל צריכים להיות מועברים על גבי מצע. Mayya et al. 3 מרותק nanospheres בממשק המים טולואן והעביר אותם על גבי מצעים נטולי תבנית באמצעות הדרגתיים מתח פנים. בדומה לכך, ג&#39;ונסון <eמ &#39;&gt; et al. 4 nanospheres מושעה כסף ביגנד העודף ולאחר מכן תרגם את חלקיקים את הקירות של הבקבוקון באמצעות הדרגתיים מתח פנים משני נוזלי immiscible. בעוד טכניקות הרכבה קיימות כדי לטפל בכל אחד מהנושאים הללו יש צורך הצורך בטכניקות יעילה יותר כדי לסייע בפיתוח של הפקת סרט nanoparticle בקנה מידה גדולה. כאן אנו מדגימים טכניקה פשוטה וחזקה המשלבת את נושאי הרכבה עצמית שלושה שתוארו לעיל לטכניקה יחידה &quot;בסיר אחד&quot;, המוצגת באיור 1. ממס אורגני בליל מים (לדוגמא tetrahydrofuran, sulfoxide dimeythl), משמש כדי ראשון functionalize מהירות וביעילות תיאול-ligands (למשל תיאול-alkane, תיאול-מז, תיאול-פנול) על גבי חלקיקים (למשל nanospheres זהב, nanorods, וכו &#39;). התערובת ואז נוסעת להרכבה עצמית של חלקיקים לתוך מקרוסקופית, בצפיפות גבוהה, monolaסרטי yer בממשק אוויר הנוזל באמצעות הפרדת פאזות. לבסוף, סרטי monolayer של חלקיקים יוצרים על גבי מצעים נטולי תבנית באמצעות הדרגתיים מתח פנים מהמים / תערובת ממס אורגנית, איור 2 ואיור 3.

<table><tbody><tr><td>1,6-hexanedithiol</td><td>Sigma</td><td>H12005-5G</td><td></td></tr><tr><td>1-dodecanethiol</td><td>Sigma</td><td>471364-100ML</td><td></td></tr><tr><td>20 ml liquid scintillation vials</td><td>Sigma</td><td>Z253081-1PAK</td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Sigma</td><td>650501-1L</td><td></td></tr><tr><td>Amicon ultra-15 centrifugal filter</td><td>Millipore</td><td>100K</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Sorvall</td><td>RC5B</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5810R</td><td></td></tr><tr><td>Deionized water</td><td>In-house</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Glass slides</td><td>Sigma</td><td>CLS294875X25-72EA</td><td></td></tr><tr><td>15 nm gold nanospheres</td><td>Ted Pella, Inc</td><td>15703-1</td><td></td></tr><tr><td>Hexamethyldisilazane</td><td>Sigma</td><td>52619-50ML</td><td></td></tr><tr><td>Hydrogen peroxide (30%)</td><td>Sigma</td><td>216763-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Scanning electron microscope</td><td>Carl Zeiss</td><td>Model 55</td><td></td></tr><tr><td>Polished silicon wafer</td><td>Sun Edison</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>spectrometer</td><td>OceanOptics</td><td>USB4000-VIS-NIR</td><td></td></tr><tr><td>Sulfuric acid</td><td>Fisher</td><td>A300-212</td><td></td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran</td><td>Sigma</td><td>401757-100ML</td><td></td></tr></tbody></table>

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

פרוטוקול זה מתאר טכניקת הרכבה עצמית ליצירת סרטי monolayer מקרוסקופית מורכבים מחלקיקים מצופים יגנד 1, 2. טכניקה פשוטה, חזקה וניתן להרחבה ביעילות functionalizes חלקיקים מתכתיים עם תיאול-ligands בתערובת מים / ממס אורגני ליל המאפשרת השתלה מהירה של קבוצות תיאול על גבי משטח הזהב nanoparticle. Ligands הידרופובי על חלקיקים לאחר מכן במהירות השלב להפריד את חלקיקים מההשעיה המימית מבוסס ולהגביל אותם לממשק אוויר הנוזל. זה שמניע את חלקיקים הכתיר יגנד כדי ליצור תחומים monolayer בממשק אוויר הנוזל. השימוש בממסים אורגניים במים בליל חשוב שכן הוא מאפשר ההובלה של חלקיקים מהממשק על גבי מצעים נטולי תבנית. הזרימה מתווכת על ידי שיפוע פני השטח מתח 3, 4 ו יוצרת צפיפות גבוהה, nanop מאקרוסקופי, monolayerסרטי מאמר ליגנד. טכניקת הרכבה עצמית זה עשויה להיות כללי כדי לכלול את השימוש של חלקיקים של יצירות שונות, גודל וצורה ועלולה להוביל לשיטת הרכבה יעילה להפיק סרטים בעלות נמוכה, בצפיפות גבוהה, nanoparticle מאקרוסקופי, monolayer עבור יישומים נרחבים .

איור 1 (א) מראה השעיה של nanospheres זהב, ligands תיאול-alkane, tetrahydrofuran ומים בבקבוקון זכוכית מייד לאחר הערבוב. סכמטי של שלושה שלבי הרכבה עצמית העיקריים, העברת שלב, שלב הפרדה, והובלת סרט תיווך שיפוע מתח פנים מוצגים באיור 1 (ב) כתצוגה מורחבת בממשק אוויר נוזל ליד בצד ש...

Watch this Scientific Journal Video about A Technique to Functionalize and Self-assemble Macroscopic Nanoparticle-ligand Monolayer Films onto Template-free Substrates at JoVE.com

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

טכניקה פשוטה, חזקה וניתן להרחבה לfunctionalize ולהרכיב עצמי סרטי monolayer nanoparticle ליגנד מקרוסקופית על גבי מצעים נטולי תבנית מתוארת בפרוטוקול זה.

טכניקה לfunctionalize ועצמי להרכיב מקרוסקופית Nanoparticle ליגנד חד שכבתי סרטים על גבי מצעים נטולי תבנית

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

JoVE Journal

Chemistry

10.8K Views.  Naval Research Laboratory.  טכניקה פשוטה, חזקה וניתן להרחבה לfunctionalize ולהרכיב עצמי סרטי monolayer nanoparticle ליגנד מקרוסקופית על גבי מצעים נטולי תבנית מתוארת בפרוטוקול זה. 

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

Synthesis, Assembly, and Characterization of Monolayer Protected Gold Nanoparticle Films for Protein Monolayer Electrochemistry

Colloidal gold nanoparticles protected with alkanethiolate ligands called monolayer protected gold clusters (MPCs) are synthesized and subsequently incorporated into film assemblies that serve as adsorption platforms for protein monolayer electrochemistry (PME). PME is utilized as the model system for studying electrochemical properties of redox proteins by confining them to an adsorption platform at a modified electrode, which also serves as a redox partner for electron transfer (ET) reactions. Studies have shown that gold nanoparticle film assemblies of this nature provide for a more homogeneous protein adsorption environment and promote ET without distance dependence compared to the more traditional systems modified with alkanethiol self-assembled monolayers (SAM).1-3 In this paper, MPCs functionalized with hexanethiolate ligands are synthesized using a modified Brust reaction4 and characterized with ultraviolet visible (UV-Vis) spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM), and proton (1H) nuclear magnetic resonance (NMR). MPC films are assembled on SAM modified gold electrode interfaces by using a "dip cycle" method of alternating MPC layers and dithiol linking molecules. Film growth at gold electrode is tracked electrochemically by measuring changes to the double layer charging current of the system. Analogous films assembled on silane modified glass slides allow for optical monitoring of film growth and cross-sectional TEM analysis provides an estimated film thickness. During film assembly, manipulation of the MPC ligand protection as well as the interparticle linkage mechanism allow for networked films, that are readily adaptable, to interface with redox protein having different adsorption mechanism. For example, Pseudomonas aeruginosa azurin (AZ) can be adsorbed hydrophobically to dithiol-linked films of hexanethiolate MPCs and cytochrome c (cyt c) can be immobilized electrostatically at a carboxylic acid modified MPC interfacial layer. In this report, we focus on the film protocol for the AZ system exclusively. Investigations involving the adsorption of proteins on MPC modified synthetic platforms could further the understanding of interactions between biomolecules and man-made materials, and consequently aid the development of biosensor schemes, ET modeling systems, and synthetic biocompatible materials.5-8

Alkanethiolate stabilized gold colloids known as monolayer protected clusters (MPCs) are synthesized, characterized, and assembled into thin films as an adsorption interface for protein monolayer electrochemistry of simple redox protein like Pseudomonas aeruginosa azurin (AZ) and cytochrome c (cyt c).

סינתזה, הרכבה, אפיון monolayer מוגן סרטים Nanoparticle זהב עבור אלקטרוכימיה monolayer חלבון

Colloidal gold nanoparticles protected with alkanethiolate ligands called monolayer protected gold clusters (MPCs) are synthesized and subsequently ...

Bioengineering

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.

תבניות מוגדרות אטומי לEpitaxial צמיחה של תחמוצת המורכבת 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.

המצאה של שטח גדול שעמדה חופשית Ultrathin פולימריים סרטים

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

Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in combination with their outstanding thermal and chemical stability, and low densities. However, their insoluble nature causes problems in their processing since usually applied techniques such as spin coating are not available. Especially for membrane applications, where the processing of CMP as thin films is desirable, the processing problems have hindered their commercial application.
Here we describe the interfacial synthesis of CMP thin films on functionalized substrates via molecular layer-by-layer (l-b-l) synthesis. This process allows the preparation of films with desired thickness and composition and even desired composition gradients.
The use of sacrificial supports allows the preparation of freestanding membranes by dissolution of the support after the synthesis. To handle such ultra-thin freestanding membranes the protection with sacrificial coatings showed great promise, to avoid rupture of the nanomembranes. To transfer the nanomembranes to the desired substrate, the coated membranes are upfloated at the air-liquid interface and then transferred via dip coating.

In this paper we describe the interfacial synthesis of conjugated microporous polymers (CMP) on sacrificial substrates, and the dissolution of the substrate for the preparation of freestanding CMP nanomembranes. In addition, we will describe how the fragile nanomembranes can be transferred to other substrates.

סינתזה והעברה של אוב Nanomembranes פולימר Microporous Conjugated שכבה אחר שכבה

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in ...

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing in combination with new nanofabrication techniques. A plasmon is a quantum of charge density oscillation that lends nanoscale metals such as gold and silver unique optical properties. In particular, gold and silver nanoparticles exhibit localized surface plasmon resonances-collective charge density oscillations on the surface of the nanoparticle-in the visible spectrum. Here, we focus on the fabrication of periodic arrays of anisotropic plasmonic nanostructures. These half-shell (or nanocup) structures can exhibit additional unique light-bending and polarization-dependent optical properties that simple isotropic nanostructures cannot. Researchers are interested in the fabrication of periodic arrays of nanocups for a wide variety of applications such as low-cost optical devices, surface-enhanced Raman scattering, and tamper indication. We present a scalable technique based on colloidal lithography in which it is possible to easily fabricate large periodic arrays of nanocups using spin-coating and self-assembled commercially available polymeric nanospheres. Electron microscopy and optical spectroscopy from the visible to near-infrared (near-IR) was performed to confirm successful nanocup fabrication. We conclude with a demonstration of the transfer of nanocups to a flexible, conformal adhesive film.

We demonstrate the fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithographic techniques and discuss the importance of nanoplasmonic films.

ייצור של מערכים Nanocup זהב תקופתיים באמצעות Colloidal ליתוגרפיה

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

Engineering

Large Area Substrate-Based Nanofabrication of Controllable and Customizable Gold Nanoparticles Via Capped Dewetting

Recent scientific advances in the utilization of metallic nanoparticle for enhanced energy conversion efficiency, improved optical device performance, and high-density data storage have demonstrated the potential benefit of their use in industrial applications. These applications require precise control over nanoparticle size, spacing, and sometimes shape. These requirements have resulted in the use of time and cost intensive processing steps to produce nanoparticles, thus making the transition to industrial application unrealistic. This protocol will resolve this issue by providing a scalable and affordable method for the large-area production of nanoparticle films with improved nanoparticle control compared to the current techniques. In this article, the process will be demonstrated with gold, but other metals can also be used.

This protocol details a novel nano-manufacturing technique that can be used to make controllable and customizable nanoparticle films over large areas based on the self-assembly of dewetting of capped metal films.

שטח גדול Nanofabrication מבוססת על המצע של חלקיקי זהב לשליטה, להתאמה אישית באמצעות Dewetting רצ'ט

Recent scientific advances in the utilization of metallic nanoparticle for enhanced energy conversion efficiency, improved optical device performance, and ...

Procedure for the Transfer of Polymer Films Onto Porous Substrates with Minimized Defects

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support substrates. Accomplishing this transfer in a highly controlled, mechanized, and reproducible manner can eliminate the creation of macroscale defect structures (e.g., tears, cracks, and wrinkles) within the thin film that compromise device performance and the usable area per sample. Here, we describe a general protocol for the highly controlled and mechanized transfer of a polymeric thin film onto an arbitrary porous support substrate for eventual use as a water filtration membrane device. Specifically, we fabricate a block copolymer (BCP) thin film on top of a sacrificial, water-soluble poly(acrylic acid) (PAA) layer and silicon wafer substrate. We then utilize a custom-designed, 3D-printed transfer tool and drain chamber system to deposit, lift-off, and transfer the BCP thin film onto the center of a porous anodized aluminum oxide (AAO) support disc. The transferred BCP thin film is shown to be consistently placed onto the center of the support surface due to the guidance of the meniscus formed between the water and the 3D-printed plastic drain chamber. We also compare our mechanized transfer-processed thin films to those that have been transferred by hand with the use of tweezers. Optical inspection and image analysis of the transferred thin films from the mechanized process confirm that little-to-no macroscale inhomogeneities or plastic deformations are produced, as compared to the multitude of tears and wrinkles produced from manual transfer by hand. Our results suggest that the proposed strategy for thin film transfer can reduce defects when compared to other methods across many systems and applications.

We present a procedure for highly controlled and wrinkle-free transfer of block copolymer thin films onto porous support substrates using a 3D-printed drain chamber. The drain chamber design is of general relevance to all procedures involving transfer of macromolecular films onto porous substrates, which is normally done by hand in an irreproducible fashion.

נוהל העברת סרטים פולימריים אל מצעים נקבובי עם פגמים ממוזערים

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support ...

Preparation of Thermoresponsive Nanostructured Surfaces for Tissue Engineering

Thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm)-immobilized surfaces for controlling cell adhesion and detachment were fabricated by the Langmuir-Schaefer method. Amphiphilic block copolymers composed of polystyrene and PIPAAm (St-IPAAms) were synthesized by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) radical polymerization. A chloroform solution of St-IPAAm molecules was gently dropped into a Langmuir-trough apparatus, and both barriers of the apparatus were moved horizontally to compress the film to regulate its density. Then, the St-IPAAm Langmuir film was horizontally transferred onto a hydrophobically modified glass substrate by a surface-fixed device. Atomic force microscopy images clearly revealed nanoscale sea-island structures on the surface. The strength, rate, and quality of cell adhesion and detachment on the prepared surface were modulated by changes in temperature across the lower critical solution temperature range of PIPAAm molecules. In addition, a two-dimensional cell structure (cell sheet) was successfully recovered on the optimized surfaces. These unique PIPAAm surfaces may be useful for controlling the strength of cell adhesion and detachment.

Nanoscaled sea-island surfaces composed of thermoresponsive block copolymers were fabricated by the Langmuir-Schaefer method for controlling spontaneous cell adhesion and detachment. Both the preparation of the surface and the adhesion and detachment of cells on the surface were visualized.

הכנת Thermoresponsive Nanostructured משטחי הנדסת רקמות

Thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm)-immobilized surfaces for controlling cell adhesion and detachment were fabricated by the ...

Expanding Nanopatterned Substrates Using Stitch Technique for Nanotopographical Modulation of Cell Behavior

Substrate nanotopography has been shown to be a potent modulator of cell phenotype and function. To dissect nanotopography modulation of cell behavior, a large area of nanopatterned substrate is desirable so that enough cells can be cultured on the nanotopography for subsequent biochemical and molecular biology analyses. However, current nanofabrication techniques have limitations to generate highly defined nanopatterns over a large area. Herein, we present a method to expand nanopatterned substrates from a small, highly defined nanopattern to a large area using stitch technique. The method combines multiple techniques, involving soft lithography to replicate poly(dimethylsiloxane) (PDMS) molds from a well-defined mold, stitch technique to assemble multiple PDMS molds to a single large mold, and nanoimprinting to generate a master mold on polystyrene (PS) substrates. With the PS master mold, we produce PDMS working substrates and demonstrate nanotopographical modulation of cell spreading. This method provides a simple, affordable yet versatile avenue to generate well-defined nanopatterns over large areas, and is potentially extended to create micro-/nanoscale devices with hybrid components.

A protocol for producing a large area of nanopatterned substrate from small nanopatterned molds for study of nanotopographical modulation of cell behavior is presented.

הרחבת טכניקת תפר באמצעות מצעי nanopatterned עבור Nanotopographical אפנון של התנהגות תא

Substrate nanotopography has been shown to be a potent modulator of cell phenotype and function. To dissect nanotopography modulation of cell behavior, a ...

Ligand Nano-cluster Arrays in a Supported Lipid Bilayer

Currently there is considerable interest in creating ordered arrays of adhesive protein islands in a sea of passivated surface for cell biological studies. In the past years, it has become increasingly clear that living cells respond, not only to the biochemical nature of the molecules presented to them but also to the way these molecules are presented. Creating protein micro-patterns is therefore now standard in many biology laboratories; nano-patterns are also more accessible. However, in the context of cell-cell interactions, there is a need to pattern not only proteins but also lipid bilayers. Such dual proteo-lipidic patterning has so far not been easily accessible. We offer a facile technique to create protein nano-dots supported on glass and propose a method to backfill the inter-dot space with a supported lipid bilayer (SLB). From photo-bleaching of tracer fluorescent lipids included in the SLB, we demonstrate that the bilayer exhibits considerable in-plane fluidity. Functionalizing the protein dots with fluorescent groups allows us to image them and to show that they are ordered in a regular hexagonal lattice. The typical dot size is about 800 nm and the spacing demonstrated here is 2 microns. These substrates are expected to serve as useful platforms for cell adhesion, migration and mechano-sensing studies.

We present a protocol to functionalize glass with nanometric protein patches surrounded by a fluid lipid bilayer. These substrates are compatible with advanced optical microscopy and are expected to serve as platform for cell adhesion and migration studies.