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

Questo lavoro è stato supportato da finanziamenti erogati dal Office of Naval Research. J. Fontana riconosce il Consiglio Nazionale delle Ricerche per una Associateship post-dottorato.

1. Self-assemblati Ligand-nanoparticelle Monolayers Come esempio illustrativo della tecnica di auto-assemblaggio, macroscopici, capped film monostrato oro nanosfere tiolo-alcano vengono prodotti come segue: <ol><li> Concentrato 15 nm nanosfere d&#39;oro (disponibili in commercio con una densità numero: 10 12 particelle / ml) a ~ 10 13 particelle / ml in acqua. <ol><li> Mettere 15 ml di sospensione acquosa diluita nanosfere in un filtro centrifugo ultra (100 K nominal...

<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>

Questo protocollo descrive un singolo &#39;one-pot&#39; tecnica di auto-assemblaggio per creare film monostrato di nanoparticelle-ligando macroscopici utilizzando il trasferimento di fase, la separazione di fase e gradienti di tensione superficiale. Il vantaggio di questa tecnica è che combina tre processi di auto-assemblaggio in un unico processo a basso costo; da eliminare in modo rapido ed efficiente trasferimento delle nanoparticelle, assemblaggio delle particelle in monostrati all&#39;interfaccia aria-liquido e tr...

L&#39;auto-assemblaggio di film di nanoparticelle macroscopiche ha attirato grande attenzione per le loro proprietà uniche determinate dalla geometria e la composizione degli elementi 5 e può portare a una vasta gamma di applicazioni ottiche, elettroniche e chimiche 6-14. Per auto-assemblarsi film nanoparticelle metalliche ricoperte con leganti devono essere imballati in alta densità, monostrati. Tuttavia diversi problemi di montaggio devono essere affrontate per promuovere lo sviluppo di tali materiali. Primo, tensioattivo stabilizzato nanoparticelle metalliche sono tipicamente sintetizzati con metodi wet-chimica in sospensioni diluite 15. Per prevenire l&#39;aggregazione e per controllare la spaziatura interparticellare delle nanoparticelle nei film, le nanoparticelle devono essere ricoperto con conchiglie ligando. Dopo le nanoparticelle sono stati funzionalizzati con ligandi nanoparticelle tipicamente rimangono in sospensioni relativamente diluite. Una tecnica è quindi neEDED di auto-assemblare le nanoparticelle in macroscopici, ad alta densità, film monostrato 16, 17. Cheng et al. 18 fase trasferito nanotubi d&#39;oro con polistirolo tiolato in una sospensione tetraidrofurano-acqua. I nanotubi dove poi risospesi in cloroformio e una goccia è stato messo a un&#39;interfaccia aria-acqua ed evaporati lentamente, formando pellicole monostrato. Bigioni et al. Creato 17 monostrati macroscopiche di dodecantiolo innevate nanosfere d&#39;oro con eccesso di ligando e rapida evaporazione del solvente, ma le nanosfere doveva essere trasferita prima fase di auto-assemblaggio. Una volta formati i film monostrato che in genere devono essere trasportati su un substrato. Mayya et al. 3 nanosfere confinato in un all&#39;interfaccia acqua-toluene e trasferiti su supporti privi di template utilizzando gradienti di tensione superficiale. Analogamente, Johnson <em&gt; et al. 4 sospesi nanosfere d&#39;argento superiori ligando e poi tradotto le nanoparticelle le pareti della fiala usando gradienti di tensione superficiale tra due liquidi immiscibili. Mentre le tecniche di assemblaggio esistono per affrontare ciascuno di questi problemi la necessità di tecniche più efficaci è necessario per aiutare nello sviluppo della grande produzione di film di nanoparticelle. Qui mostriamo una tecnica semplice e robusta che unisce i tre problemi auto-assemblaggio di cui sopra in una singola tecnica &#39;one-pot&#39;, mostrato in Figura 1. A acqua miscibile solvente organico (ad esempio tetraidrofurano, solfossido dimeythl), viene utilizzato per primo modo rapido ed efficiente funzionalizzare tiolo-ligandi (es tiolo-alcano, tiolo-ene, tiolo-fenolo) sulle nanoparticelle (ad esempio nanosfere, nanotubi oro, ecc.) La miscela quindi pilota auto-assemblaggio di nanoparticelle in macroscopica, ad alta densità, Monolayer film all&#39;interfaccia aria-liquido mediante separazione di fase. Infine, film monostrato di nanoparticelle formano su substrati senza template utilizzando gradienti di tensione superficiale dall&#39;acqua / miscela di solventi organici, Figura 2 e Figura 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

Questo protocollo descrive una tecnica di auto-assemblaggio per creare film monostrato macroscopici composti da ligando rivestite nanoparticelle 1, 2. La tecnica semplice, robusto e scalabile functionalizes efficiente nanoparticelle metalliche con tiolo-ligandi in una miscela acqua / solvente organico miscibile consentono il rapido innesto di gruppi tiolici sulla superficie delle nanoparticelle d&#39;oro. I leganti idrofobi sulle nanoparticelle poi rapidamente fase separano le nanoparticelle dalla sospensione acquosa basato e le confinano all&#39;interfaccia aria-liquido. Questo spinge le nanoparticelle ligando-capped a formare domini monostrato all&#39;interfaccia aria-liquido. L&#39;uso di solventi organici miscibili con acqua è importante in quanto permette il trasporto delle nanoparticelle dall&#39;interfaccia su substrati senza template. Il flusso è mediato da una tensione gradiente superficie 3, 4 e crea macroscopica, ad alta densità, monostrato nanoppellicole articolo-ligando. Questa tecnica di auto-assemblaggio può essere generalizzata per includere l&#39;uso di particelle di varia composizione, le dimensioni e la forma e può portare a un metodo di assemblaggio efficiente per produrre film a basso costo, macroscopici, ad alta densità, monostrato di nanoparticelle per applicazioni diffuse .

Figura 1 (a) mostra una sospensione di nanosfere oro, leganti tiolici-alcano, tetraidrofurano e acqua in un flacone di vetro immediatamente dopo la miscelazione. Uno schema delle tre principali fasi di auto-assemblaggio, trasferimento di fase, separazione di fase, e la tensione superficiale gradiente di trasporto della pellicola mediata è mostrata in Figura 1 (b) come una vista espansa all&#39;interfaccia aria-liquido vicino al lato del flaconcino. I gruppi...

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

Una tecnica semplice, robusta e scalabile di funzionalizzare e di auto-assemblarsi film monostrato di nanoparticelle-ligando macroscopici su substrati libero di modello è descritto in questo protocollo.

Una tecnica di funzionalizzare e Self-montare macroscopiche nanoparticelle-ligando monostrato Films su substrati privi di modello

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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