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

この作品は、米海軍研究局から提供された資金でサポートされていました。 J·フォンタナはポスドクassociateship国立研究協議会を認めるものです。

1。自己組織化リガンド - ナノ粒子単層次のように自己集合技術の例示的な例として、巨視的、アルカンチオールキャップされた金ナノ球体単層フィルムが製造される。 <ol><li>水中での〜10 13粒子/ ml：（10 12粒子/ ml数密度で市販されている）が15nmの金ナノスフィアを集中。 <ol><li>超遠心フィルター（100 Kの公称分子量限界）に希釈されたナノ球体水懸濁?...

<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>

このプロトコルは、相転移、相分離および表面張力勾配を用いて巨視的なナノ粒子 - リガンド単層フィルムを作成するために単一の「ワンポット」自己組織化技術が記載されている。この技術の利点は、単一の低コストのプロセスに3自己組織化プロセスを組み合わせることである。迅速かつ効率的に相、ナノ粒子を転送する空気 - 流体界面での単層に粒子を組み立て、テンプレート·フリー?...

巨視的ナノ粒子膜の自己組織化は、要素5のジオメトリや組成から求め、そのユニークな特性のために大きな注目を集めていると、光学的、電子的および化学的なアプリケーション6月14日の広い範囲のにつながる可能性があります。自己組織化するような膜へのリガンドでキャップされた金属ナノ粒子は、高密度、単層にパックされている必要があります。しかしながら、いくつかのアセンブリの問題は、そのような材料の開発を進めるために対処する必要がある。 まず、界面活性剤は、金属ナノ粒子は、一般的に希薄な懸濁液15中のウェット化学法により合成される安定した。凝集を防止し、薄膜中のナノ粒子の粒子間間隔を制御するために、ナノ粒子は、リガンドシェルでキャップされる必要がある。ナノ粒子は、リガンドで官能化された後、ナノ粒子は、典型的には、比較的希薄な懸濁液に残る。技術はその後、NEですeded巨視的に、高密度、単層フィルム16,17内にナノ粒子を自己組織化する。 チェンら 18相は、水-テトラヒドロフラン懸濁液中チオール化ポリスチレンを用いた金ナノロッドを移す。次いで、クロロホルム中に再懸濁し、液滴が空気 - 水界面に配置された単層膜を形成し、徐々に蒸発させたナノロッド。 Bigioni ら 17は、過剰なリガンドと迅速な溶媒蒸発を使用ドデカン頂いた金ナノスフィアの巨視的な単層を作成しましたが、ナノスフィアは、自己組織化の前に移さ相である必要がありました。 単層フィルムが形成されると、それらは、典型的には、基板上に搬送する必要がある。 Mayya ら 3水-トルエン界面でのナノ球体に閉じ込め、表面張力の勾配を使用して、テンプレート·フリー基板上にそれらを移す。同様に、ジョンソン<emは&gt;ら4は、過剰の配位子中の銀ナノスフィアを懸濁し、2つの不混和流体から表面張力の勾配を使用して、バイアルの壁をナノ粒子を翻訳した。組立技術は、これらの問題のそれぞれに対処するために存在するが、より効率的な技術の必要性は、大規模ナノ粒子膜の生産の発展を支援するために必要とされる。 ここでは、 図1に示される単一の「ワンポット」技法にして上記で説明した3つの自己集合の問題を組み合わせて、簡単かつ堅牢な技術を実証する。水混和性有機溶媒（ 例えば 、テトラヒドロフラン、dimeythlスルホキシド）に使用される最初に、迅速かつ効率的にナノ粒子（ 例えば金ナノスフェア、ナノロッドなど）の上にチオール-リガンド（ 例えば 、チオールアルカンチオール-エン、チオール-フェノール）を官能。次いで、混合物を巨視的高密度、monolaにナノ粒子の自己集合を駆動する相分離を用いて空気流体界面におけるヤーフィルム。最後に、ナノ粒子の単層フィルムは、水/有機溶媒混合物を、 図2および図3から表面張力の勾配を使用してテンプレートを含まない基材上に形成する。

<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

このプロトコルは、リガンドコーティングされたナノ粒子1個、2個からなる巨視的な単層フィルムを作成するための自己組織化技術が記載されている。単純堅牢でスケーラブルな技術は、効率的に、金ナノ粒子表面上へのチオール基の迅速な移植を可能に混和性の水/有機溶媒混合物中のチオール配位子を有する金属ナノ粒子を官能化する。ナノ粒子上の疎水性リガンドはその後すぐに相は水系懸濁液からナノ粒子を分離し、空気流体界面にそれらを閉じ込める。これは、空気流体界面で単層ドメインを形成する配位子でキャップされたナノ粒子を駆動する。それがテンプレート·フリー·基板上に界面からのナノ粒子の輸送を可能にするような水混和性有機溶媒の使用が重要である。流れが表面張力勾配3,4によって媒介される巨視的、高密度単層nanopを作成している記事 - リガンドフィルム。この自己組織化技術は、異なる組成の粒子の使用は、サイズ、及び形状を含むように一般化することができ、広範にアプリケーション用の低コスト、巨視的、高密度の単層ナノ粒子薄膜を製造するために効率的な組立方法につながる可能性が。

図1（a）は、混合直後の金ナノスフィア、アルカンチオール配位子、テトラヒドロフラン、ガラスバイアル中の水の懸濁液を示す。 3つの主要な自己組織化段階の概略、相転移、相分離、および媒介表面張力勾配が膜輸送は、バイアルの側面近傍の空気-流体界面での拡大図として図1の（b）に示されている。 リガンド上のチオール基は、急速に?...

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

テンプレート·フリー基板上に肉眼で見える粒子 - リガンド単層フィルムを官能して自己組織化するために、シンプルな堅牢でスケーラブルな技術が、このプロトコルで説明されています。

テンプレート·フリー基板上に巨視的粒子 - リガンド単層フィルムを官能して自己組織化するための技術

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

共有結合は、自己組織化単分子膜の手法を用いて表面上のBMP-2の結合

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 ...

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

Nanocellulose、リグニンから製造自立フィルム、合成ポリカチオン：Biomimickingウッドに向けて

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

複合酸化物薄膜のエピタキシャル成長のために原子的に定義されたテンプレート

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

大面積自立超薄ポリマーフィルムの作製

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

DNA折り紙解析と実験のためのマイカとシリコン基板の作製

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

薄いガラス質膜のダイナミクスを決定するレート依存エリプソメトリー測定を冷却

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

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

脱アセチル化アッセイは、サーチュインの間にInterplay（SIRT2）と特異的なタンパク質 - 基質を解明します

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

リアルタイムでのキトサンフィルム上にペプチドグラフトを監視するためのキャピラリー電気泳動

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

任意の基板上への共役ポリマー薄膜の反応性蒸着

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

ソリューション処理「銀ビスマス ヨード」三項薄膜鉛フリー太陽光吸収体の

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