(Phys.org) — Un gruppo di ricercatori di diverse istituzioni ha attaccato polimeri con terminazione tiolica a nanoparticelle d'oro e ha creato micelle di superficie cambiando il solvente da uno che è favorevole per il polimero a uno meno favorevole.

Rachelle M. Choueiri, et al. hanno dimostrato che la modellazione della superficie delle nanoparticelle, dall'aggregazione superficiale dei polimeri in "patch, " può essere termodinamicamente controllato modificando le caratteristiche del polimero e le proprietà del solvente. Inoltre, il motivo della superficie può essere bloccato in posizione reticolando il polimero. Il loro lavoro appare in Natura .

Le particelle con superficie tridimensionale si sono rivelate utili come modelli per analoghi colloidali di materiali reattivi e transizioni di fase nei sistemi liquidi, così come tensioattivi colloidali e modelli per la sintesi di particelle ibride. La ricerca precedente ha mostrato alcuni esempi di particelle colloidali a chiazze a livello nanometrico. Anche quando si possono formare patch a questo livello, in genere non ci sono più di due cerotti per nanoparticella.

Nell'attuale ricerca le molecole polimeriche legate alle nanoparticelle d'oro possono cambiare da una distribuzione uniforme (cioè, una spazzola polimerica) per affiorare micelle appuntate tramite processi termodinamici. Nello specifico, si può controllare la dimensione dei cerotti modificando le dimensioni del polimero e la densità dell'innesto. Si può controllare il numero di cerotti per nanoparticella regolando il rapporto tra il diametro della nanoparticella e la dimensione del polimero.

Il primo passo è stato vedere se cambiare il solvente può favorire la formazione di patch polimeriche. Chouiri, et al. realizzato nanoparticelle d'oro con diametri nell'intervallo di 20 ± 1,0 nm e 80 ± 1,5 nm con polistireni tiolo-terminati. I polistireni avevano una massa molecolare di 29, 000 Dalton o 50, 000 Dalton per vedere se il peso molecolare ha avuto un ruolo nella formazione di patch. Le nanoparticelle disperse in DMF, che è un buon solvente per il polistirolo, sono stati rivestiti con uno strato uniformemente spesso. Hanno mostrato dispersione polimerica uniformemente spessa. Quando l'acqua, un povero solvente, è stato aggiunto, lo strato di polimero trasformato in cerotti, che era reversibile con l'aggiunta di DMF. La dimensione e il numero di patch per nanoparticella potrebbero essere controllati dal peso molecolare del polimero.

Dati questi risultati, Chouiri, et al. poi esplorato cosa accadrebbe se cambiassero il diametro delle nanoparticelle, la lunghezza del polistirolo, e la densità dei polimeri di polistirene legati alla superficie. Generalmente, i loro studi hanno dimostrato che la dimensione del cerotto può essere controllata dalla lunghezza del polimero e dalla densità superficiale, mentre il numero di cerotti per nanoparticella può essere controllato modificando il diametro della nanoparticella e la lunghezza del polimero. Gli studi teorici hanno confermato che la componente termodinamica dei modelli di superficie era dovuta alle interazioni tra polimero e solvente e quanto il polimero può allungarsi dalla sua posizione legata alla pezza di superficie.

Il passo successivo era vedere se la forma della superficie cambiava il motivo della superficie. Chouiri, et al. ha esaminato la segregazione dei polimeri su nanobarre, nanocubi, e nanoprismi triangolari. Hanno scoperto che le macchie tendevano a formarsi sulle punte dei nanoraod e sui bordi del nanocubo e dei nanoprismi triangolari. Inoltre, hanno testato polimeri diversi dal polistirene e hanno scoperto che alcuni di questi polimeri formavano macchie sulle nanosfere d'oro dopo aver modificato alcune proprietà dei solventi, come pH o idrofobicità.

Finalmente, hanno testato l'autoassemblaggio di nanoparticelle a chiazze in un solvente povero. Hanno scoperto che dopo un tempo sufficiente, le nanoparticelle modellate hanno mostrato nuove modalità di legame in DMF mescolato con acqua.

I nanocubi, in particolare, ha mostrato una struttura autoassemblante "a scacchiera" unica nel suo genere. This is different from when the nanocubes were evenly coated with polystyrene and then solvent changes were made. In questo caso, the pattern was "face-to-face" rather than checkerboard.

This research provides a new way to pattern nanoparticle surfaces that is versatile and tunable to the desired number of patches and nanoparticle shapes. Future research will involve exploring more nanoparticle shapes and polymer systems to see how this strategy can produce unique self-assembled structures and tailor new functionalities to patchy nanoparticles.

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