Sintesi e caratterizzazione di supramolecolari colloidi

Materiali colloidali Mesostructured trovano diffusa applicazione nel campo della scienza e della tecnologia, come sistemi modello per studi fondamentali su materiali atomici e molecolari ^1,2, come materiali fotonici ^3,4, come sistemi di drug delivery ^5,6, come rivestimenti ⁷ e in litografia per patterning superficie ^8,9. Dal momento che i colloidi liofobi sono materiali metastabili che alla fine aggregano in modo irreversibile a causa delle onnipresente di van der Waals, la loro manipolazione in strutture target specifici è notoriamente difficile. Numerose strategie sono state sviluppate per controllare colloidale autoassemblaggio compreso l'uso di additivi per sintonizzare le elettrostatici ^10,11 o deplezione interazioni ^12,13, o trigger esterni come magnetici ¹⁴ o elettrici ¹⁵ campi. Un sofisticato strategia alternativa per ottenere il controllo sulla struttura, la dinamica e la meccanica di questi sistemi è la loro funzionalizzazione ingegnoh molecole che interagiscono attraverso forze specifiche e direzionali. Chimica supramolecolare offre una barra degli strumenti completa di piccole molecole che presentano, direzionale site-specific e le interazioni ancora reversibili forti, che possono essere modulati in forza da polarità solvente, la temperatura e la luce ^16. Poiché le loro proprietà sono state ampiamente studiate in massa e in soluzione, queste molecole sono candidati attraenti per strutturare materiali morbidi in fasi esotici in modo prevedibile. Nonostante l'evidente potenziale di tale approccio integrato per orchestrare il montaggio colloidale via chimica supramolecolare, queste discipline hanno raramente interfacciato per personalizzare le proprietà dei materiali colloidali mesostructured ^17,18.

Una solida piattaforma di colloidi supramolecolari deve soddisfare tre requisiti principali. In primo luogo, l'accoppiamento della porzione supramolecolare deve essere effettuato sotto lieve-condizioni per prevenire il degrado. In secondo luogo, le forze di superficie a Separations più grande di contatto diretto deve prevalere i motivi legati, il che significa che i colloidi non rivestiti dovrebbero quasi interagire esclusivamente tramite interazioni-volume escluso. Pertanto, le proprietà fisico-chimiche dei colloidi dovrebbero essere adattati per sopprimere altre interazioni insiti nei sistemi colloidali, come van der Waals o forze elettrostatiche. In terzo luogo, la caratterizzazione dovrebbe consentire una attribuzione univoca del gruppo alla presenza delle porzioni supramolecolari. Per rispondere a queste tre condizioni, una robusta sintesi in due fasi di colloidi supramolecolari è stato sviluppato (Figura 1a). In una prima fase, particelle di silice NVOC-funzionalizzati idrofobici sono pronti per la dispersione in cicloesano. Il gruppo NVOC può essere facilmente scisso, producendo particelle di ammine-funzionalizzati. L'elevata reattività delle ammine permette semplice post-funzionalizzazione con la frazione supramolecolare desiderato con una vasta gamma di condizioni di reazione blande. Qui, abbiamo PRepare colloidi supramolecolari per funzionalizzazione di perline di silice con alcool stearilico e il benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derivata ^20. L'alcol stearilico svolge diversi ruoli importanti: rende il organofile colloidi e introduce a corto raggio repulsioni sterici che aiuta a ridurre l'interazione aspecifica tra i colloidi ^21,22. van der Waals sono ulteriormente ridotti a causa della stretta corrispondenza tra l'indice di rifrazione dei colloidi e il solvente ^23. A corto raggio attraente forze di superficie di luce e thermoresponsive vengono generati per incorporazione di O -nitrobenzyl protetta BTAs ^20. O -nitrobenzyl frazione è un gruppo di foto-cleavable che blocca la formazione di legami idrogeno tra BTAs adiacenti quando incorporato sulle amidi nei discotici (Figura 1b). Su photocleavage da luce UV, la BTA in soluzione è in grado di riconoscere e di interagire con molecole identiche BTA attraverso un 3-fold harray di legame ydrogen, con una forza di legame che è fortemente dipendente dalla temperatura ^17. Dal momento che il van der Waals attrazioni sono minimi per particelle di silice rivestite stearilico in cicloesano così come luce e alla temperatura indipendenti, il gruppo colloidale stimoli-reattiva osservato deve essere BTA-mediata.

Questo video dimostra come dettagliato di sintetizzare e caratterizzare colloidi supramolecolari e come studiare la loro auto-assemblaggio su UV-irradiazione mediante microscopia confocale. Inoltre, un semplice protocollo di analisi di immagine per distinguere singlets colloidali da colloidi cluster e determinare la quantità di colloidi per cluster viene segnalato. La versatilità della strategia sintetica permette di variare facilmente la dimensione delle particelle, la copertura superficie così come la porzione di legame introdotto, che apre nuove strade per lo sviluppo di una grande famiglia di blocchi colloidali per materiali avanzati mesostructured.