Avanzate analisi composizionale di Compositi nanoparticelle-polimero Uso diretto imaging di fluorescenza
Summary
Here we present a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of cadmium selenide quantum dots can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging.
Abstract
The fabrication of polymer-nanoparticle composites is extremely important in the development of many functional materials. Identifying the precise composition of these materials is essential, especially in the design of surface catalysts, where the surface concentration of the active component determines the activity of the material. Antimicrobial materials which utilize nanoparticles are a particular focus of this technology. Recently swell encapsulation has emerged as a technique for inserting antimicrobial nanoparticles into a host polymer matrix. Swell encapsulation provides the advantage of localizing the incorporation to the external surfaces of materials, which act as the active sites of these materials. However, quantification of this nanoparticle uptake is challenging. Previous studies explore the link between antimicrobial activity and surface concentration of the active component, but this is not directly visualized. Here we show a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of CdSe/ZnS nanoparticles can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging. Using this method, we can quantify the uptake of nanoparticles via swell encapsulation and measure the surface concentration of encapsulated particles, which is key in optimizing the activity of functional materials.
Introduction
L'applicazione di nanomateriali ha servito a lungo come un'area di crescente interesse per le nuove tecnologie. 1-3 Ciò ha incluso il crescente utilizzo di nanoparticelle in oggetti di uso quotidiano, tra cui i cosmetici, i vestiti, l'imballaggio e l'elettronica. 4-6 Un grande spinta verso usando nanoparticelle in materiali funzionali deriva dalla loro reattività superiore rispetto ai materiali, oltre alla capacità di proprietà sintonizzare tramite la variazione della dimensione delle particelle. 7 Un altro vantaggio è la capacità di formare facilmente materiali compositi, introducendo le proprietà cruciali per la matrice ospite, come ad esempio funzionalità catalitica, materiale di rinforzo e messa a punto delle proprietà elettriche. 8-12
Materiali compositi nanoparticelle polimerici possono essere ottenuti attraverso una serie di tecniche, il più semplice dei quali è l'integrazione diretta delle nanoparticelle desiderati durante la fabbricazione della matrice ospite. 13,14 Questo risultati in un materiale omogeneo, con una distanza anche di materiale nanoparticelle in tutto. Tuttavia, molte applicazioni richiedono solo il materiale attivo di essere presenti alle interfacce esterne dei nanocompositi. Come risultato, l'incorporazione diretta non comporta l'uso efficiente dei materiali nanoparticelle talvolta costose, c'è molto spreco nanoparticella attraverso la massa del materiale. 15,16 Per ottenere incorporazione diretta, le nanoparticelle devono essere compatibili con formazione matrice ospite. Questo può essere difficile, specialmente in sintesi che richiedono reazioni molteplici come nel caso dei polimeri termoindurenti che sono tipicamente agevolato da metallo meccanismi catalizzatori complessi che possono essere influenzate da nanoparticelle altamente attivi. 14
I notevoli svantaggi associati con l'incorporazione di nanoparticelle diretta durante la sintesi del polimero, ha portato allo sviluppo di tecniche volta a limitare incorporati nanoparticellesulla superficie del livello. 17-21 incapsulamento swell è una delle strategie di maggior successo riportati in letteratura, per ottenere concentrazioni di nanoparticelle superficiali elevate, con sprechi limitata nel bulk del polimero. 17-19 La tecnica utilizza il condotto solvente rigonfiamento del polimero matrici, consentendo l'incursione di specie molecolari e nanoparticelle. Alla rimozione del solvente gonfiore, specie all'interno della matrice si fissano in posizione, con la più alta concentrazione di specie localizzate in superficie. Ad oggi, la maggior parte degli usi segnalati di swell incapsulamento sono diretti verso la fabbricazione di polimeri antimicrobici, dove è fondamentale che gli agenti attivi sono alla superficie del materiale. Mentre molti di questi rapporti mostrano una maggiore attività antimicrobica, la composizione precisa della superficie delle nanoparticelle è raramente sondato in dettaglio. Crick et al. Recentemente dimostrato un metodo per la visualizzazione diretta della nanoparticella incursione, fornendo insi crucialeght in la cinetica e le concentrazioni di nanoparticelle di superficie ottenuti dal moto ondoso incapsulamento. 22
Dettagli Questo lavoro la sintesi di punti seleniuro di cadmio quantici (QD), il loro incapsulamento moto ondoso in polidimetilsilossano (PDMS) e la visualizzazione diretta della loro incorporazione mediante imaging di fluorescenza. L'effetto della variazione tempo swell incapsulamento e concentrazione nanoparticelle nella soluzione gonfiore è esplorata. La tecnica di visualizzazione a fluorescenza consente la ripresa diretta delle nanoparticelle incursione nelle PDMS e dimostra che la più alta concentrazione di QD è alla superficie del materiale.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cross-sectional fluorescence imaging allows for direct visualization of nanoparticles during swell encapsulation. The kinetics of encapsulation has been shown, with the drive toward a high nanoparticle surface concentration demonstrated. The extent of nanoparticle incorporation is shown to vary with swell encapsulation time (described in section 2.3), with the total amount of incorporated nanoparticles increasing as this time is extended, with the particle concentration localized at the surface if the polymer samples are…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
C.R.C. would like to acknowledge the Ramsay Memorial Trust for funding.
Materials
| Polydimethylsiloxane sheets | NuSil | – | Medical Grade |
| Oleylamine | Sigma Aldrich | O7805 | Technical Grade |
| Trioctylphosphine | Sigma Aldrich | 117854 | Technical Grade |
| Trioctylphosphine oxide | Sigma Aldrich | 346187 | Technical Grade |
| 1-Octadecene | Sigma Aldrich | O806 | Technical Grade |
| Zinc diethyldithiocarbamate | Sigma Aldrich | 329703 | – |
| Oleic acid | Sigma Aldrich | 364525 | Technical Grade |
| Triethylamine | Sigma Aldrich | 471283 | – |
| Cadmium oxide | Alfa Aesar | 33235 | – |
| Hexadecylamine | Alfa Aesar | B22459 | Technical Grade |
| 1-Dodecylphosphonic acid | Alfa Aesar | H26259 | – |
| Selenium powder | Acros | 19807 | – |
| Chloroform | Sigma Aldrich | 366919 | – |
| n-Hexane | Sigma Aldrich | 208752 | – |
| Microscope slides | VWR | 631-0137 | Thickness No. 1 |
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