Новости искусства

Бритaнскиe и кaнaдскиe xимикaм впeрвыe удaлoсь мeтoдoм сaмoстoятeльнoй сбoрки, для пoлучeния двумeрныx прямoугoльныx нaнo-структурирoвaнныx с пoлным кoнтрoлeм нaд пoвeрxнoстью, и сoстaв иx пoвeрxнoсти. Успex был дoстигнут зa счeт испoльзoвaния блoк-сoпoлимeр с пoлукристaлличeским блoк, нaxoждeния нужнoгo oтнoшeния длины блoкoв и дoбaвлeния в рaствoр свoбoдныe цeпoчки пoлукристaлличeскoгo пoлимeрa. Этa тexнoлoгия мoжeт пригoдиться в будущeм для испoльзoвaния в флуoрeсцeнтнoй тoмoгрaфии, нaнoэлeктрoникe, кaтaлизe, жидкиx кристaллoв, мoбильныe нaнo — и микрoмaшинax или в срeдниx тeрaпeвтичeскиx.

В кoнцe XX вeкa, стaлo яснo, чтo нaнoрaзмeрныe чaстицы (с рaзмeрaми 1-100 нм, пo крaйнeй мeрe в oднoм измeрeнии) oблaдaют свoйствaми, кoтoрыe нe прoявляются в мaкрoмирe. Этo прoисxoдит пoтoму, что при уменьшении размера частиц до наноуровня становится существенным вклад свойств поверхности в свойства объекта. Другой причиной изменения свойств является то, что на наноуровне, проявляются законы квантовой механики. Таким образом, когда, в 2004 году, группа физиков во главе с Андреем Геймом и Константином Новоселовым были получены первые образцы основных, оказалось, что эти две структуры способны проявлять удивительные электронные свойства, качественно отличаются от всех, прежде чем наблюдать. Сегодня сотни групп, экспериментальные исследования свойств основных электронных.

Классифицировать наночастицы самый простой в состоянии, чтобы уменьшить размер: двумерных квантовых план, одномерные — квантовые нити, нульмерные — квантовых точек. Весь спектр тенденций понижения размерностей удобно объяснить на примере наночастиц углерода (рис. 2).

Рис.2. Наночастицы углерода. Слева направо: нульмерный фуллерен, одномерная углерода нанотрубка, двумерный графен. Рисунок на сайте surrealsciencestuff.wordpress.com

Мир нанотехнологий, конечно, не ограничивается углерода: практически любой наноразмерный материал по-своему необычным и потенциально интересным. Как их получают? Чтобы получить нульмерных наноматериалов (квантовых точек) совпадают, как правило, известны химические способы, потому что квантовая точка — это, как правило, только большие молекулы. Для получения одно — и двумерных материалов, необходимы новые подходы. Следует отметить, что в те размеры, в которых материал не наноразмерен (в случае, если ее размер превышает 100 нм), теоретически существует возможность чередовать состав поверхности и, таким образом, получать еще более интересные материалы для различных приложений. Однако, чтобы изменить графен и другие подобные материалы очень сложно с точки зрения химического. Создание двумерных наноструктур с размерами контролируемых и состав поверхности — одна из проблем нанотехнологии. С открытием базы в этой области исследований получил серьезный импульс, но, кроме несколько примеров, проблема так и осталась нерешенной по сей день.

Самосборка макромолекул в растворе — самый элегантный, уютный и экономичный метод получения наноматериалов, а именно через этот метод, теоретически, можно создать структуры контролируемого состава поверхности, если чередовать макромолекул, которые добавляют в раствор.

Группа ученых из университета Бристоля (Великобритания) и Торонтского университета (Канада), вдохновленная своим недавним успеха в борьбе с одномерными наноструктурами (см., Появился способ получения нецентросимметричных наночастиц, «Элементы», 17.08.2012), полученные путем самосборки блок-сополимеров (БСП), в которых один из блоков был полукристаллический полиферроценилсилан (PPS), пытался использовать такой подход для получения двумерных наноструктур.

Напомним, что ФСБ — это полимер, в котором две стороны (две единицы) или более состоят из разных мономеров. Самосборка блок-сополимера в растворе происходит за счет разной растворимости на две части. Полукристалличность — способность полимера кристаллизоваться, то есть приказал, чтобы обретать форму. Префикс «полу-» здесь необходима, потому что при складывании полимера в кристалле всегда остаются некристалличесткие (аморфных) фрагменты.

Рис.3. Полимеры, используемые в тексте, в порядке их появления. Числовой индекс п наименование полимера, что означает степень полимеризации; — посредничество число мономерных звеньев в молекуле полимера. Азота в кольце пиридина в П2ВП способен взаимодействовать с металлами и с другими молекулами собственности, которая была использована авторами статьи (см. ниже в тексте)

Успех с одномерными структур было обусловлено тем, что полукристаллическая часть блок-сополимер был намного короче, растворимой части. При самосборке длинные растворимые цепи SPB на поверхности, сформированной мицеллы, мешая друг другу, не позволил создать структуру, и был получен поток. При укорачивании растворимые в цепи SPB мицеллы, или не более или вообще упал в осадок.

Затем решил поэкспериментировать с самосборкой смесь SPB с длинным растворимые часть и чистый полиферроценилсилана (PPS). Идея заключалась в том, что, для получения дополнительной цепи PPS, сокристаллизуясь с блоком PPS в сополимере, подходит для создания большей поверхности, что позволяет мгновенно цепочкам не мешать друг другу. Смесь был добавлен на решение коротких нитевидных мицелл, чтобы ему служили центром кристаллизации.

После нескольких неудачных попыток опытом с смеси ПФС28–ПДМС560/ПФС20 и ПФС38–П2ВП502/ПФС20 попали в точку (рис. 4). Добавление полимеров в раствор, с короткими мицеллами привело к появлению структур прямоугольные высотой ~20 нм, а их размер (площадь) полностью контролируется много добавленого полимера. Так как края мицеллы не закрыты, то вы можете добавить еще блок-сополимера, и он будет без остатка увеличивается в мицелле.

Рис. 4. А — схематическое изображение получить прямоугольные мицелл из смеси SPB/PPS в соотношении 1:1 по весу. В фотографии прямоугольной формы мицелл, полученный с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). С — изображения, полученные с атомно-силового микроскопа (АСМ). D — высота структуры, измеряется АРС. Кривой цвет соответствует цвету линии на рисунке. 4, — в этом месте высота была измерена. Рис. обсуждали статьи в Science

Для того, чтобы продемонстрировать контроль поверхности и состава поверхности, авторы выросли мицеллы постоянно добавлять в первичный прямоугольный мицелле из PPS–П2ВП полимеров с различными цветные (люминесцентные) групп (рис. 5). Более подробную информацию о цветные мицеллах и о том, что нужно, можно прочитать здесь.

Рис. 5. Цветные прямоугольные мицеллы, полученные самосборкой путем последовательного добавления PPS–ПДМС со ссылкой молекул флюоресцентных красителей. Верхний ряд — схематическое изображение; средний ряд фотографий с помощью конфокального микроскопа; вниз ряд отдельных фотографий мицелл, сделанные с помощью структурированной иллюминационной микроскопии (см. Structured освещение дома и электронной микроскопии). Рис. обсуждали статьи в Science

Таким образом, авторы показали возможность чередовать химический состав поверхности мицеллы. Как это можно использовать? Один из полимеров, в состав мицеллы, используются в самосборке, — П2ВП — способен связывать координативной связи с металлами. Добавление наночастиц платины с диаметром от 2 нм до раствора мицелл, чередующих на его поверхности ПДМС и П2ВП, авторы избирательно связаны цепи П2ВП, не говоря ПДМС. Другими словами, в зоне с П2ВП поверхность оказалась сшита наночастицами платины.

Добавив, тетрагидрофуран (THF), которые в нормальных условиях растворяется все PPS-содержащие блочные сополимеры, авторы растворили только PPS–ПДМС. После роспуска оказались нанорамки — прямоугольные мицеллы из сшитого П2ВП с отверстием в центре. Отверстия можно получать любого размера, в зависимости от размера блоков П2ВП и ПДМС (рис. 6). В мицеллах с наиболее широкое отверстие, толщина стен <100 нм — это на самом деле циклический гибрид одномерного и двумерного наноматериала.

Рис. 6. Получение нанорамок. Первичная структура состоит из PPS–ПДМС. На него наращивается слой PPS–П2ВП, которые позже, выборочно сшивается наночастицами платины. Роспуск несшитой центральной в тетрагидрофуране (THF) дает нанорамку. Вверху — схематическое изображение процесса. Внизу — фотографии нанорамок с разной величины отверстия, выполненные с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Рис. обсуждали статьи в Science

Чтобы освоить технологию, авторы сделали несколько экспериментов, чтобы продемонстрировать ее прочность:

Рис. 7. И — мгновенно мицелл из восьми блоков, чередующихся PPS–ПДМС и PPS–П2ВП. В фото мицеллы из трех различных блоков (в порядке из центра: PPS–ПБМА, PPS–ПДМС, PPS–П2ВП). С фото мицеллы из PPS–ПДМС и PPS–П2ВП, обработаны наночастицами диоксида кремния (70 нм), приставшими выборочно на П2ВП благодаря водородным связям. D — фото мицеллы, длинной более 60 мкм и шириной 20 мкм, выполненные с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ). Е — фото мицелл, выложены с помощью оптического пинцета в виде аббревиатуры UOB (верхней части); фотография того же места, сделанные с помощью конфокального микроскопа (внизу). F — схематическое изображение обработки мицеллами с помощью оптического пинцета. Изображения A, B, C и E (в верхней части) сделаны с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Рис. обсуждали статьи в Science

Авторы статьи — химики и материаловеды — не ставили в этой работе задача найти и показать уникальные физические свойства полученных новых структур. Я уверен, что эта технология заинтересованных физических и продолжат начатую революцию. Потому что до сих пор, как известно, PPS-содержащие блочные сополимеры с большим количеством химических изменений в растворимой части, можно получить наноструктуры, имеющие на поверхности все, что угодно: от биомолекул до полупроводников, металлов, хорошая половина таблицы Менделеева до сложных молекулярных архитектур. Авторы отмечают, что технология может пригодиться в будущем для использования в флуоресцентной томографии, наноэлектронике, катализе, в жидких кристаллах, телефоны, нано — и микромашинах или в средних терапевтических. Места для фантазии много.

Источник: Huibin Цю, Гао Ян, Charlotte E. Boott, Oliver E. C. Гулд, Роберт L. Harniman, Мервин J. Miles, Стивен E. D. Webb, Mitchell A. Winnik, Ian Manners. Равномерно patchy and rectangular hollow platelet micelles от crystallizable polymer травы смеси // Science. 2016. Ст. 352. I. 6286. P. 697-701.

Григорий Молев