טכניקה לfunctionalize ועצמי להרכיב מקרוסקופית Nanoparticle ליגנד חד שכבתי סרטים על גבי מצעים נטולי תבנית
9 במאי 2014
טכניקה פשוטה, חזקה וניתן להרחבה לfunctionalize ולהרכיב עצמי סרטי monolayer nanoparticle ליגנד מקרוסקופית על גבי מצעים נטולי תבנית מתוארת בפרוטוקול זה.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לפתח סרטים מקרוסקופיים, ננו-חלקיקים, ליגנד, חד-שכבתיים. זה מושג על ידי שימוש בטכניקת הרכבה עצמית אחת של סיר אחד. ננו-חלקיקים מתכתיים ראשונים, מתפקדים במהירות עם ליגנדים במים טטרהדרן או ממס THF.
לאחר מכן, הליגנד שמר על שלב ננו-חלקיקים נפרד מממשק ממס האוויר. לבסוף, הננו-חלקיקים מועברים על מצעים נטולי תבניות באמצעות שיפועי מתח פנים, הרכבה עצמית לסרטי ננו-חלקיקים מקרוסקופיים, ליגנד חד-שכבתיים. בסופו של דבר, הליך זה מספק טכניקה פשוטה, חזקה וניתנת להרחבה לפונקציונליזציה והרכבה עצמית של ננו-חלקיקים מקרוסקופיים, סרטים חד-שכבתיים של ליגנד על מצעים נטולי תבניות.
היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות הרכבה אחרות הוא פונקציונליזציה מהירה ויעילה של ננו-חלקיקים והרכבה עצמית לסרטים חד-שכבתיים מקרוסקופיים. למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי הממשק האורגני האנאורגני ברמה ננומטרית, ניתן ליישם אותה גם במגוון רחב של יישומים כגון מטא-חומרים, חיישנים פוטו-וולטאיים ומולקולריים. כדי להתחיל, יש לרכז ננו-כדורי זהב 15 ננומטר הזמינים מסחרית על ידי הנחת 15 מיליליטר של הננו-ספירה המדוללת של תרחיף המים לתוך מסנן אולטרה צנטריפוגלי.
לאחר מכן צנטריפוגה את היחידה ב -4, 500 Gs למשך שתי דקות או עד שיישארו רק כמה מיקרוליטרים בתא המסנן. Re להשעות את הננו-ספירה ב-1.5 מיליליטר של מים נטולי יונים או DI או כך שריכוז הננו-חלקיקים הוא בערך 10 עד ה-13 חלקיקים למיליליטר. המתלים יציבים למספר שעות.
לאחר ההשעיה מחדש במים, כדי לאמת את צפיפות המספר ולאשר שהננו-חלקיקים לא צברו פיפטה ראשונה של 150 מיקרוליטר מהתרחיף לווטרינר. יש לדלל גם את תרחיף הננו-חלקיקים המרוכז ב-1.35 מיליליטר מים. לאחר מכן, הכניסו את הווטרינר לספקטרומטר גלוי אולטרה סגול ומדדו את ספקטרום הספיגה של המתלה המוכן כמו גם את זה של המתלה המקורי.
השווה את מיקום השיא ברוחב מלא בחצי המקסימום כדי לוודא שלא התרחשה צבירה. גודל שיאי הספיגה עבור שתי הדגימות צריך להיות זהה בערך. ובכך להבטיח שהדגימה המרוכזת צפופה יותר בפקטור של 10 בקובץ זכוכית בור סיליקט נקי נפרד של 20 מיליליטר במיליליטר אחד של טטרה הידרו פורין.
לאחר מכן, הוסף ליגנד תיול אלקן ל-THF ונער. הפתרון לערבב בצורה אחידה מספיק. יש להוסיף ליגנד כדי לכסות לפחות את כל שטח הפנים של הננו-חלקיקים המרחפים.
עודף ליגנד מגביר את המהירות והמחסור בתגובה במכסה אדים. הנח מיליליטר אחד מהבקבוקון המכיל את ננו-כדורי הזהב לתוך הבקבוקון של ליגנדים THF. הברג במהירות את המכסה ונער את הבקבוקון במרץ למשך 15 שניות.
הסר את המכסה והנח את הבקבוקון. במכסה האדים, בהתאם לליגנדים, תחומים משומשים של ננו-חלקיקי זהב נוצרים במהירות בממשק נוזל האוויר. לאחר מכן הסרטים מתחילים לתרגם את הצד של הבקבוקון.
כמעט כל הננו-חלקיקים כוסו בליגנדים תאליים שהוסרו מהתרחיף והועברו לצד הבקבוקונים תוך שעה. כדי להעביר את הסרטים על מצעי זכוכית נשלפים, חותכים את המצעים לשטח של 12.5 על 25.4 מילימטרים באמצעות עט או גלגל לניקוי מצעי זכוכית, באמצעות שטיפה באצטון, ולאחר מכן שטיפת אלכוהול איזופרופיל. ולבסוף, שטיפת מים.
לפני שתאפשר למצעים להתייבש, עיין בפרוטוקול הטקסט להכנת פרוסות סיליקון. לאחר מכן, הכנס את המצע לבקבוקון שהוכן בעבר של ננו-ספירות וליגנדים. הברג את המכסה ונער.
לאחר הטלטול, הסר את המכסה בעזרת פינצטה. מקם את המצע כמעט אנכי כנגד דופן הבקבוקון. לאחר מכן השתמש בפיפטה כדי לצפות את תערובת התגובה על המצע.
התגובה נעצרת כאשר כל הממס האורגני התאדה או שכל הננו-חלקיקים הוסרו מהתרחיף. הערך את יעילות האריזה של הננו-ספירות בשכבה החד-שכבתית על ידי התבוננות בתכונות השידור וההשתקפות של הסרט. האירו את השכבה החד-שכבתית על מצעי זכוכית מאחור עם מקור אור לבן.
יש להקפיד על סרט צבעוני אחיד עבור ננו-חלקיקים בצפיפות גבוהה, סרטים חד-שכבתיים בשידור והשתקפות דמוית זהב שנצפתה בהשתקפות. לאחר מכן, השתמש בספקטרומטר כדי לכמת את ספקטרום הסופג המקרוסקופי מהחד-שכבות. כמו קודם, נרמל את הספקטרום הסופג בעזרת שקופית זכוכית נקייה.
לאחר מכן הרכיבו את הסרט החד-שכבתי על מצע זכוכית בנתיב האלומה של הספקטרומטר ואספו את הספקטרום הסופג. שיא הספיגה צריך להיות מוסט לאדום באופן משמעותי כמה מאות ננומטר בהתאם לליגנד המשמש. אם שיא הספיגה רחב מאוד או לא מוגדר היטב, אז הסרטים החד-שכבתיים הם כנראה באיכות ירודה.
להשתמש בטכניקה כאמצעי יעיל לתפקוד הננו-חלקיקים עם ליגנדים תאליים. שפכו את השארית מתחתית הבקבוקון. לאחר השלמת התגובה, יבש את החומר בבקבוקון תחת חנקן.
הוסף ממס אורגני כדי להשעות מחדש את הננו-חלקיקים עם העברת פאזה והתאוששות של כמעט 100% חלקיקים וודא שהננו-חלקיקים לא הצטברו עם ההשעיה מחדש לממס האורגני כמו קודם, אם שיא הספיגה רחב ביחס לתרחיף המקורי, סוניקציה של הדגימה למשך 15 דקות כדי לעזור לפזר מחדש את הננו-חלקיקים. סרט חד-שכבתי של ננו-ספירה זהב בגודל 15 ננומטר על מצע זכוכית נצפה מחזיר חלקית אור, המסמל את חלק הנפח הגבוה של ננו-ספירות ומעביר אור, המדגים את שימור הפלזמה והתהודה אחידות ובהירות אופטית המוצגות כאן הן תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק בצבע כוזב של סרט חד-שכבתי ננו-שכבתי זהב 15 ננומטר על מצע פרוסת סיליקון. קצה הסרט מדגים כי הסרטים הם חד-שכבתיים וכי הננו-ספירות נדחסות למחוזות אהבה בקנה מידה מיקרוסקופי.
בסולמות אורך ננוסקופיים. הסרטים מכילים תחומים סגורים ודחוסים במשושה כפי שמודגם על ידי התמרת פורייה של התמונה. המוצג. הנה הספיגה הניסיונית המנורמלת מסרט חד-שכבתי המורכב מתיול אקאן כ-15 ננומטר ננו-כדורי זהב על מצע זכוכית.
השעיה של ננו-כדורי זהב 15 ננומטר במים ופאזה מועברת לכלורופורם לאחר שליטה. טכניקה זו יכולה להיעשות תוך פחות משעה אם מבוצעת כראוי. לאחר שטיפת הסרטון הזה, אתה אמור להבין היטב כיצד לתפקד ביעילות ולהרכיב בעצמך ננו-חלקיקים מתכתיים לסרטי מונוליט מיקרוסקופיים.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
פרוטוקול זה מתאר טכניקה פשוטה, חסונה וניתנת להרחבה לפונקציונליזציה ולהרכבה עצמית של שכבות מונו-שכבה של ננו-חלקיקים וליגנדים בממדי מאקרו על תשתיות ללא תבנית. השיטה עושה שימוש בגישת הרכבה עצמית של "סיר אחד" (one-pot) כדי להשיג מטרה זו.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- ננוטכנולוגיה
- מדע החומרים
- כימיה של פני שטח
רקע
- פיתוח של שכבות ננו-חלקיקים מאקרוסקופיות הוא קריטי עבור יישומים שונים.
- טכניקות של הרכבה עצמית יכולות לפשט את תהליך הייצור.
- פונקציונליזציה של ננו-חלקיקים משפרת את תכונותיהם.
- שיטות ללא תבנית מציעות גמישות בתכנון.
מטרת המחקר
- ליצירת שכבות מונו-שכבה מאקרוסקופיות של ננו-חלקיקים וליגנדים.
- להדגמת טכניקת הרכבה עצמית הניתנת להרחבה (scalable).
- לספק פרוטוקול פשוט עבור חוקרים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- חלקיקים ננומטריים ממתכת עוברים פונקציונליזציה מהירה עם ליגנדים.
- חלקיקים ננומטריים מצופים ליגנדים עוברים הפרדה פאזית בממשק אוויר-ממס.
- גרדיאנטים של מתח פני שמשמשים להעברת חלקיקים ננומטריים על גבי תשתיות.
- התהליך של הרכבה עצמית מתרחש כדי ליצור שכבות מונו-שכביות.
תוצאות עיקריות
- יצירה מוצלחת של סרטי ננו-חלקיקים-ליגנדים מאקרוסקופיים.
- הדגמה של חוסנו של השלב של טכניקת ההרכבה העצמית.
- יכולת התרחבות (Scalability) של השיטה עבור יישומים תעשייתיים פוטנציאליים.
- השגת פונקציונליזציה יעילה של ננו-חלקיקים.
מסקנות
- הפרוטוקול מספק שיטה מהימנה להכנת סרט ננו-חלקיקים.
- ניתן להתאים טכניקות של הרכבה עצמית עבור חומרים שונים.
- גישה זו עשויה להוביל להתקדמויות ביישומים של ננו-טכנולוגיה.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
טכניקת ההרכבה העצמית הזו מאפשרת פונקציונליזציה מהירה וייצור בקנה מידה רחב של שכבות מאקרוסקופיות של ננוחלקיקים-ליגנדים על מצעים ללא תבנית, ובכך היא תומכת בתהליכי גילוי בשלבים מוקדמים. היא מספקת שיטה חסונה ליצירת מונושכבות בצפיפות גבוהה תוך שימור התכונות הפלסמוניות, דבר המועיל לפיתוח בדיקות ופלטפורמות של חיישנים ביולוגיים. גישה זו מפחיתה את המורכבות בייצור שכבות ננוחלקיקים, ומאיצה את ההערכה התרגומית של מערכות זיהוי מבוססות חומרי ננו.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של אינטראקציות בין ליגנד לננו-חלקיק בממשק הביולוגי לצורך מחקרי תיקוף מטרה.
- ערך תפעולי: תומך בסריקה מהירה של ליגנדים מבוססי תיאול לצורך פונקציונליזציה של פני שטח של ננו-חלקיקים בתהליכי גילוי.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מייצר קריאות אופטיות כמותיות משכבות חד-שכבתיות (monolayer) כדי לאפשר בדיקות קישור ליגנדים.
- ערך תפעולי: יוצר שכבות בעלות צפיפות גבוהה וניתנות לשחזור, המתאימות להכנה סטנדרטית של פני שטח של חיישנים ביולוגיים.
- ערך אסטרטגי: מקל על ייצור בר-הרחבה של ממשקי חישול עבור יישומים של סריקה בספיקות גבוהה (high-throughput screening).
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: שומר על תכונות תהודה פלסמונית הקריטיות לזיהוי ללא סימון (label-free) במחקרי ביומרקרים תרגומיים.
- ערך תפעולי: מאפשר העברה של ננו-חלקיקים פונקציונליים למצעים מגוונים לצורך שילוב במכשירים פרה-קליניים.
שילוב תהליכי עבודה ומסלולי עיבוד
השיטה מתאימה לשלבים שבין הגילוי המוקדם לפיתוח הבדיקה, ומספקת ננו-חומרים פונקציונליים לבניית חיישנים ביולוגיים ופלטפורמות סריקה.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת היפותזות של אינטראקציות בין ליגנד למטרה באמצעות ממשקים של ננו-חלקיקים מהונדסים.
- סריקה: מספק משטחים סטנדרטיים וכמותיים למדידות מהימנות של אינטראקציות עם תרכובות או ביומרקרים.
- אנליזה: מאפשר קריאות של ספקטרוסקופיה אופטית לניטור היווצרות סרטים ואירועי קישור של ליגנדים.
- מחקר תרגומי: שומר על התכונות האופטיות של הננו-חלקיקים להמשכיות משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני.
- שימוש חוזר ארגוני: מציע פלטפורמה רב-פעמית ליצירת סרטי ננו-חלקיקים עקביים במספר פרויקטים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי במערכות זיהוי מבוססות ננו-חומרים באמצעות פונקציונליזציה מבוקרת של הפני השטח.
- ערך תפעולי: מבטיח הדירות ויכולת הרחבה בייצור סרטי מונו-שכבה לצורך סטנדרטיזציה של בדיקות.
- ערך אסטרטגי: מפחית סיכון ביולוגי בפיתוח חיישנים על ידי מתן אפשרות לאפיון פיזיקו-כימי מוקדם.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בקידום מותאם סיכונים של מועמדים לננו-דיאגנוסטיקה באמצעות הנדסת ממשקים אמינה.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בטיפול בננו-חלקיקים ובפרוטוקולים של כימיה של פני השטח.
- דורש גישה לצנטריפוגה, לספקטרוסקופיית UV-Vis ולטיפול בממסים תחת תנאי מapay (מכסוף עשן).
- מחייב סטנדרטיזציה של ריכוז הליגנד ושל צפיפות הננו-חלקיקים להשגת אחידות של השכבה.
- כולל שיקולי התאמה בעת שינוי גודל הננו-חלקיקים, צורתם או חומר הליבה שלהם.
- מוגבל על ידי דרישות של מסיסות הליגנד וערבוב ממסים לצורך הפרדת פאזות יעילה.
שאלות נפוצות בתחום הביו-פארמה
Chapters in this video
0:05
Title
1:28
Self-assembled Ligand-nanoparticle Monolayers
3:50
Transferring the Monolayers onto Removable Substrates
5:47
Efficient Phase Transfer Technique for Organic Soluble Nanoparticles
6:27
Results: Analysis of Functionalized and Self-assembled Macroscopic Nanoparticle-ligand Monolayer Films
7:36
Conclusion
4:48
Monolayer Analysis
