Name: a technique to functionalize and self-assemble macroscopic nanoparticle-ligand monolayer films onto template-free substrates
Uploaded: 2014-05-09T19:00:00
Description: 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

Ce travail a été soutenu par un financement fourni par le Bureau de la recherche navale. J. Fontana reconnaît le Conseil national de recherches pour un associateship postdoctoral.

1. Monocouches auto-assemblées ligand nanoparticules A titre d&#39;exemple illustratif de la technique d&#39;auto-assemblage, macroscopiques, coiffées films monocouches nanosphères d&#39;or alcane-thiols sont produites comme suit: <ol><li> Concentré nanosphères 15 nm d&#39;or (disponibles dans le commerce à une densité en nombre: 10 12 particules / ml) à ~ 10 13 particules / ml dans de l&#39;eau. <ol><li> Placer 15 ml de la suspension aqueuse diluée de nanosp...

<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>

Ce protocole décrit une seule «one-pot» technique d&#39;auto-assemblage pour créer macroscopiques films monocouches de nanoparticules ligand par transfert de phase, la séparation de phase et des gradients de tension de surface. L&#39;avantage de cette technique est qu&#39;elle combine trois processus d&#39;auto-assemblage dans un seul processus, à faible coût; par éliminer rapidement et efficacement le transfert des nanoparticules, l&#39;assemblage des particules dans des monocouches à l&#39;interface air-liqui...

L&#39;auto-assemblage de films de nanoparticules macroscopiques a attiré une grande attention pour leurs propriétés uniques, déterminées à partir de la géométrie et la composition des éléments 5 et peut conduire à une large gamme d&#39;applications optiques, électroniques et chimiques 14.6. Pour ces films auto-assemblage de nanoparticules métalliques coiffés de ligands doivent être emballés dans de haute densité, monocouches. Toutefois, plusieurs questions d&#39;assemblage doivent être abordées pour faire avancer le développement de ces matériaux. Tout d&#39;abord, tensioactif stabilisé nanoparticules métalliques sont généralement synthétisés par voie humide-chimie dans les suspensions diluées 15. Pour éviter l&#39;agrégation et pour contrôler l&#39;espacement interparticulaire des nanoparticules dans les films, les nanoparticules ont besoin d&#39;être coiffé avec des coquilles de ligands. Après les nanoparticules ont été fonctionnalisé avec des ligands les nanoparticules restent habituellement dans des suspensions relativement diluées. Une technique est alors neEDED à s&#39;auto-assembler des nanoparticules dans macroscopiques, à haute densité, des films monocouches 16, 17. Cheng et al. 18 phases transféré nanotubes d&#39;or en utilisant du polystyrène thiolée dans une suspension tétrahydrofuranne-eau. Les nanotubes ont été ensuite remises en suspension dans du chloroforme et une goutte a été placée à l&#39;interface air-eau et on évapore lentement, en formant des films monocouches. Bigioni et al. 17 créé monocouches macroscopiques de DODECANETHIOL plafonné nanosphères d&#39;or à l&#39;aide de l&#39;excès de ligand et l&#39;évaporation du solvant rapide, mais les nanosphères nécessaire pour être transféré avant la phase d&#39;auto-assemblage. Une fois que les films monocouches sont formées dont ils ont besoin généralement d&#39;être transportés sur un substrat. Mayya et al. Nanosphères 3 confiné à une interface eau-toluène et les a transférés sur des substrats modèles de libre-en utilisant des gradients de tension superficielle. De même, Johnson <em&gt; et al. quatre nanosphères d&#39;argent en suspension dans un excès de ligand et ensuite convertis en les nanoparticules les parois de la fiole en utilisant des gradients de tension de surface à partir de deux fluides non miscibles. Bien que les techniques d&#39;assemblage existent pour répondre à chacune de ces questions, le besoin de techniques plus efficaces est nécessaire pour aider au développement de la production de film de nanoparticules à grande échelle. Ici, nous démontrons une technique simple et robuste qui combine les trois questions d&#39;auto-assemblage décrits ci-dessus en un seul «one-pot» technique, illustré à la figure 1. Un solvant organique miscible (par exemple le tétrahydrofuranne, sulfoxyde dimeythl), est utilisé pour d&#39;abord rapidement et efficacement fonctionnaliser thiol-ligands (par exemple thiol-alcanes, thiol-ène, thiol-phénols) sur les nanoparticules (par exemple, des nanosphères d&#39;or, des nanotubes, etc.) Le mélange entraîne alors l&#39;auto-assemblage de nanoparticules dans macroscopique, haute densité, Monolayer films à l&#39;interface air-liquide à l&#39;aide de la séparation de phase. Enfin, les films monocouches de nanoparticules forment une connexion sur des substrats à l&#39;aide de modèles, des gradients de tension de surface à partir de la / le mélange de solvant organique de l&#39;eau, la figure 2 et la figure 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

Ce protocole décrit une technique d&#39;auto-assemblage pour créer des films monocouches macroscopiques composés de nanoparticules revêtues de ligands 1, 2. La technique simple, robuste et évolutive fonctionnalise efficacement nanoparticules métalliques avec des ligands thiols dans un mélange eau / solvant organique miscible permettant le greffage rapide de groupes thiol sur la surface des nanoparticules d&#39;or. Les ligands hydrophobes sur les nanoparticules puis rapidement la phase de séparer les nanoparticules de la suspension de base aqueuse et les confinent à l&#39;interface air-liquide. Ceci entraîne les nanoparticules de ligands à coiffe pour former des domaines en monocouche à l&#39;interface air-liquide. L&#39;utilisation de solvants organiques miscibles à l&#39;eau est importante car elle permet le transport des nanoparticules à partir de l&#39;interface de connexion sur des substrats modèles. Le débit est médiée par une surface gradient de tension 3, 4 et crée macroscopique, à haute densité, monocouche nanopfilms d&#39;articles-ligand. Cette technique d&#39;auto-assemblage peut être généralisé pour inclure l&#39;utilisation de particules de compositions différentes, la taille et la forme et peut conduire à un procédé d&#39;assemblage efficace de produire des films à faible coût, macroscopiques, à haute densité, monocouche de nanoparticules pour des applications répandues .

La figure 1 (a) montre une suspension de nanosphères d&#39;or, des ligands de type thiol-alcanes, le tétrahydrofuranne et l&#39;eau dans un flacon de verre immédiatement après le mélange. Un schématique des trois étapes principales d&#39;auto-assemblage, le transfert de phase, la séparation de phases, et la surface gradient de tension à médiation transport de film est représenté sur la figure 1 (b) en tant que vue développée à l&#39;interface air-liquide à proximité de ...

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

Une technique simple, robuste et évolutive pour fonctionnaliser et s&#39;auto-assembler macroscopiques monocouche films de nanoparticules sur des substrats ligand libre-modèle est décrit dans le présent protocole.

Une technique pour fonctionnaliser et auto-assemblage de nanoparticules macroscopiques-ligand monocouches Films sur substrats libre-modèle

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

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