疏水納米粒子直接組裝多功能結(jié)構(gòu)

疏水納米粒子直接組裝多功能結(jié)構(gòu)第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三背景總結(jié)疏水納米粒子組裝第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三背景在微米或亞微米范圍的多功能粒子表現(xiàn)兩種或多種不同的性質(zhì)，可滿足許多重要的技術(shù)應(yīng)用，從催化作用到能量的捕獲和轉(zhuǎn)化，多式聯(lián)運(yùn)成像、檢測和同步診斷治療。

多功能結(jié)構(gòu)的常規(guī)組裝過程層層自組裝（LbL）模型，因其依賴靜電相互作用，主要被親水納米粒子系統(tǒng)限制。通過表面配體的化學(xué)鍵直接耦合納米粒子也可組裝，但因?yàn)橥ㄓ玫募{米粒子保護(hù)配體不包含額外的用于進(jìn)一步反應(yīng)的活性功能基團(tuán)，所以僅限于一些特殊情況。第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三許多科技上重要的優(yōu)質(zhì)納米粒子，特別是半導(dǎo)體（如CdSe，ZnSe，CdTe，InP，InAS）和金屬氧化物（如γ-Fe2O3、MnO、TiO2、ZrO2、CoFe2O4）主要通過熱解作用獲得。該作用是在高溫條件下（特別是150-320℃）有機(jī)溶劑里無機(jī)前體的反應(yīng)。缺點(diǎn)

1不溶于水

2對納米粒子的物理特性有害

3生成的納米粒子易聚集和沉淀

4多功能復(fù)合材料所需的多種類型的納米粒子在組裝前都必須分別進(jìn)行表面處理第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三疏水納米粒子組裝本文研究了用巰基二氧化硅膠粒直接固定包含各種類型疏水配體的納米粒子，并進(jìn)一步研究了一種多功能復(fù)合納米結(jié)構(gòu)裝配的常規(guī)有效的自組裝方法。由MPS得到的巰基二氧化硅膠粒是作為吸附主體，命名為MPS球體。用已建立好的熱解作用單獨(dú)合成所需功能的納米粒子，并利用高密度巰基基團(tuán)有效的固定在MPS球體的表面。該復(fù)合粒子可以涂上一層薄的二氧化硅，為粒子了提供化學(xué)/機(jī)械穩(wěn)定性和水相分散性，第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三疏水納米粒子組裝自組裝過程組裝粒子多樣性裝載密度二氧化硅涂層配體替換主要內(nèi)容第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三復(fù)合材料自組裝一般過程組裝包括兩個必要模塊：巰基二氧化硅球和疏水配體包覆納米粒子。第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三首先將γ-Fe2O3納米粒子與MPS球體在無機(jī)溶液（如甲苯和環(huán)己烷）中混合。過量納米粒子用于確保能致密覆蓋在MPS表面上。用無機(jī)溶液沖洗數(shù)次去除多余納米粒子可收集得到納米粒子包覆的MPS顆粒

第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三組裝粒子多樣性在MPS顆粒上不同直徑（8和20nm）的Cu2S表現(xiàn)出一個相似的高親和力，顯示裝配過程中的最小尺寸效應(yīng)MPS顆粒上TiO2納米點(diǎn)和納米棒相似的吸附作用也表明納米粒子的形狀對組裝效率沒有影響。

第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三在MPS顆粒表面固定時，不同納米粒子之間因與巰基基團(tuán)不同的親和力而相互競爭，通常遵循硬軟酸堿（HSAB）理論。納米粒子包含弱酸陽離子如Pt2+、Cu+、Cd2+和Au+與巰基基團(tuán)之間的結(jié)合比強(qiáng)酸陽離子如Fe3+和Ti4+的強(qiáng)許多。

第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三配體替換為達(dá)到納米粒子表面的金屬位點(diǎn)，MPS顆粒的巰基基團(tuán)可能部分取代納米粒子表面原本的包覆配體。將疏水Au納米粒子上包覆三種不同保護(hù)配體即四辛基溴化銨（TOAB）、十二烷胺（C12N）和1-十二硫醇（C12S）并將Au納米粒子與MPS在甲苯混合20min后，分離MPS顆粒，沖洗數(shù)次去除游離的Au納米粒子。

第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三因鍵穩(wěn)定性Au-TOAB＜Au-C12N＜Au-C12S，較弱包覆配體易于從Au表面分離來形成Au-S鍵，引起較高的納米粒子裝配

第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三裝載密度MPS顆粒上的納米粒子裝載密度與其組裝過程中的數(shù)量比例有關(guān)。假設(shè)MPS顆粒上的納米粒子以六邊密閉結(jié)構(gòu)排列，每個MPS顆粒上的納米粒子數(shù)（N）可以用N=4a(1+R/r)2來估計，其中a=0.906表示圓形六邊排布的密度，R和r分別表示MPS顆粒和納米粒子的半徑。第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三在甲苯溶液中直徑約8nm的QDs（500uL，每ml中含約1014個粒子）與不同量的MPS顆粒溶液（每ml中約2×1010顆粒）在強(qiáng)震蕩條件下混合1小時，然后11000rpm離心10分鐘（游離的QDs留在上清液）。上清液通過熒光檢測可知留在溶液中的游離QDs量，沉淀物通過TEM對QD做定性分析。第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三上清液的熒光強(qiáng)度隨MPS溶液的添加逐漸減弱。當(dāng)只有少量MPS溶液（﹤100ul）加入時，QDs過量，此時熒光性的減弱程度與MPS溶液的添加量近似成比例。第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三隨著MPS顆粒（200-300ul）增加，熒光性減弱。主要是因?yàn)檩^多的QDs被MPS顆粒捕獲，從而從上清液中去除。當(dāng)MPS顆粒量達(dá)到300ul時，上清液中沒有游離的QDs。此時，沒有足夠的QDs以一層封閉的膜包覆MPS顆粒表面。當(dāng)MPS溶液的量加到500ul時，只有少量的QDs吸附在MPS顆粒上。第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三二氧化硅涂層MPS顆粒上疏水納米粒子的吸附使得復(fù)合粒子在水中不分散，阻礙了這些粒子在環(huán)境和生物醫(yī)學(xué)方面的直接應(yīng)用。二氧化硅膜可以使復(fù)合粒子具有生物相容性和后續(xù)功能化的可能性。二氧化硅作為包覆材料的另一優(yōu)點(diǎn)主要基于其化學(xué)穩(wěn)定性、涂層工藝易管理、空隙可控、可加工性和光學(xué)透明性。第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三包覆納米粒子的MPS復(fù)合材料首先通過添加表面活性劑轉(zhuǎn)移到水相中相轉(zhuǎn)移使它便于隨后的二氧化硅層的生長通過親水相互作用形成的雙分子層有利于保護(hù)納米粒子表面的原有配體。

第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三常用的表面活性劑SDS二氧化硅最初是在個別納米粒子表面成核，獨(dú)立生長，最后融合成一層膜在膜厚度達(dá)到約100nm之前，二氧化硅包膜是很粗糙的第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三CTAB產(chǎn)生的二氧化硅表面即使相對較薄也非常光滑因?yàn)镃TAB對QDs熒光性干擾比SDS的小，所以這個步驟對TOPO包覆的MPS@QD顆粒的包膜特別有用第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三非球物體的功能化如Ag@SiO2&MPS@γ-Fe2O3&QD多層復(fù)合納米線的制備。銀納米線的合成是用一個多元醇處理，涂上SiO2，用MPS改性，并用γ-Fe2O3和QD的混合納米粒子進(jìn)行表面固定。第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三多層組裝與LbL方法類似，這里的組裝方法也允許多層組裝即重復(fù)納米粒子固定化、二氧化硅涂層、和MPS修改的過程。以MPS球體（直徑約300nm）開始，將γ-Fe2O3納米粒子固定在表面，涂上一層薄的SiO2/MPS層，再將QDs固定在表面，得到多層MPS@γ-Fe2O3@SiO2&MPS@QD結(jié)構(gòu)。第二十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三總結(jié)本文提出了一種便于多功能復(fù)合粒子生產(chǎn)的一般過程，即以表面包含高密度巰基基團(tuán)的納米結(jié)構(gòu)為主體，疏水納米粒子的直接自組裝。各種組分和結(jié)合的疏水性納米粒子通過金屬陽離子和巰基基團(tuán)間強(qiáng)配位作用可直接組裝到主體表面。得到的結(jié)構(gòu)包覆一層二氧化硅，來穩(wěn)定裝配體，并在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用上