Nanočástice PS 2012 1
Funkcionalizace
nanočástic
-stabilizace
Brno, PS 2012
Přednášející: doc. Jiří Sopoušek E-mail:
sopousek@mail.muni.cz, tel.: 549497138
Ofice: UKB A12/M231
Ústav chemie: http://ustavchemie.sci.muni.cz/
Audio test:
Start
Au-nano
Proč stabilizovat NPs?
Nanočástice PS 2012 2
Koalescence:
Agregace:
Principy stabilizace NPs
Nanočástice PS 2012 3
Electrostatic Stabilization
(vysokomolekulární latky s
nábojem, ..
Adsorpce jednoduchých molekul
na povrchu (slabá ochrana před
agregací, funguje jen u částic s
nalou povrchovou energií)
- Rozpustné polymery (PEG, PAA
(poly acrylic acid), PVA (poly vinyl
alcohol), Chitosan, PNIPAM (Poly-Nisopropyl
acrylamide),…)
- Surfaktanty
- 100x nic(VW vazba) =silná vazba
Stabilizace a vnější prostředí
(v kapalinách)
Nanočástice PS 2012 4
Sterická stabilizace SPIO ve vodě
nebo hydrofilním prostředí
Stabilizace AuNPs v polárním a
nepolárním prostředí
Sterická stabilizace QD v
nepolárním prostředí lipidy
Dvojitá
stabilizační
vrstva
Vliv rozpouštědla na
stabilizaci QDs
Přenos z hydrofobního rozpouštědla do vody
Nanočástice PS 2012 5
Stabilizace v nepolárním a hydrofobním prostředí za
pomoci surfaktantu
(IGEPAL)
NPs s hydrofobní
stabilizací
Dual-interaction ligands
(Oboustraně aktivní ligand):
Míchání +
ultrazvuk
Příklad: Stabilizace a převod SPIO
Nanočástice PS 2012 6
Dispersions of (A) oleic acidcoated
Fe3O4 nanoparticles
dispersed in hexane (top layer)
and the copolymer solution in
water (bottom layer) and (B)
oleic acid/copolymer-coated
Fe3O4 nanoparticles in water
after sonication and decanting
hexane top layer.
://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S003238610800582X
http
Fe3O4nanoparticle
dispersions in water
at (a) 5, (b) 1, (c) 0.5,
(d) 0.1, (e) 0.01 and
(f) 0.001 wt% of the
copolymer
concentrations.
Určení optimální koncentrace (titrací?)
Stabilizace vazbami P, S, N na Me
Nanočástice PS 2012 7
Pdo-nanoparticles stabilized by tripodal phosphine
based ligands
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092058611200329X
http://pubs.rsc.org/en/content/artic
lehtml/2009/cs/b806051g
Strukturní stabilizace vznik sítových struktur
Nanočástice PS 2012 8
3D Arrangement of
thiol-linked truncated
octahedral silver
particles
Za přítomnosti
reakčních míst
umožňujících vazby
mezi NPs.
Stabilizace MeO NPs
Nanočástice PS 2012 9
Malá povrchová
energie oxidů,
nereaktivita na
vzduchu, snadná
adsorpce malých
molekul. Snadný
vznik vazeb přes
přes O
Příprava stabilizační obálky SPIO
Nanočástice PS 2012 10
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304885305001009
Zasunutí
řetězců
10C řetězec
Nanočástice PS 2012 11
Name
Magnetic core
material Surface
Core
diameter/nm
Hydrodynami
c diameter/nm
Magnetization
/emu g−1
Relaxivity/mM−1 s−1
B o /T Ref.r 1 r 2
a r 1: longitudinal relaxivity; r2: transverse relaxivity; B0: magnetic field strength. b DMSA: 2,3-dimercaptosuccinic acid; DSPE-mPEG; 1,2-distearoylsn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethylene
glycol)-2000]. c Multiple iron oxide nanoparticles are assembled on the surface of silica
nanoparticles.
Ferumoxide
(Feridex)
Fe3O4, γ-
Fe2O3
Dextran 4.96 160 45 10.1 120 1.5 10
ESION γ-Fe2O3 PEG 3 15 4.77 29.2 3 24
MnMEIO MnFe2O4 DMSAb 12 110 358 1.5 26
CoMEIO CoFe2O4 DMSAb 12 99 172 1.5 26
NiMEIO NiFe2O4 DMSAb 12 85 152 1.5 26
Zn-doped
ferrite
Zn0.4Mn0.6Fe2
O4
DMSAb 175 860 4.5 27
Cannonball Fe/Fe3O4
core/shell
DMSAb 16 139 312 1.5 29
Fe@MFe2O4
MNP
Fe/MnFe2O4
core/shell
DMSAb 16 149 11 356 0.47 30
Fe/Fe3O4 NP bcc Fe/Fe3O4
core/shell
PEG 15 40–45 164 220 3 31
DySiO2–
(Fe3O4)n
9 nm Fe3O4 DMSAb 45c 397 9.4 43
Fe3O4–MSN 8.5 nm Fe3O4 PEG 87c 93 76.2 1.5 44
SPIO-14 Fe3O4 DSPE-mPEG
1000b
13.8 28.6 385 0.47 46
SPIO-5 Fe3O4 DSPE-mPEG
1000b
4.8 14.8 130 0.47 46
Properties of iron based MRI contrast agents (diagnostické SPIO látky)
magnetic resonance imaging (MRI)
Nanočástice PS 2012 12
http://www.beilstein-
journals.org/bjoc/single/articleFullText.htm?publicId
=1860-5397-8-39
Výměna obálky za látku s vyšší afinitou k
core
Vliv pH na stabilizaci (CNTs)
Nanočástice PS 2012 13
The figure shown above
highlights one approach
using poly(acrylic acid)
to stabilize single-walled
carbon nanotubes
(SWNT) in water (J.
Coll. Interf. Sci. 2008)
http://nanocomposites.tamu.edu/research-areas/nanoparticle-
stabilization
Podpora
spojování
vlaken CNTs
Encapsulace NPs
Nanočástice PS 2012 14
http://nanotechweb.org/cws/article/lab/47172
Tání a tuhnutí In
encapsulated NPs
Nanočástice PS 2012 15
In encapsulated NPs
DSC:
http://www.sciencedirect.com/science
/article/pii/S0009261411001023
Karbonizace
Nanočástice PS 2012 16
Sketch of a
functionalize
d carbon
coated metal
nanoparticle.
http://www.fml.ethz.c
h/research/Magnetic_
Chemistry
a) Nanoparticles
encapsulated in
several layers of
graphitic carbon, and
surrounded by
amorphous carbon. b)
Detail showing the
atomic planes of the
nanoparticle metallic
core.
http://openi.nlm.nih.gov/detailed
result.php?img=2994779_1477-
3155-8-26-
1&query=the&fields=all&favor=
none&it=none&sub=none&uniq
=0&sp=none&req=4&simCollect
ion=2589746_yjbm00053-0074-
a&npos=55&prt=3
Vliv velikosti NPs na průběh karbonizace TiO2 v oxidační
atmosféře
Nanočástice
PS 201217
Article.
http://dx.doi.org
/10.1021/jp80801
3k
Nanočástice PS 2012 18
Dobrý článek o stabilizaci:
http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2012/cs/c1cs15248c
Vliv vnějšího prostředi na stabilitu NPs
(a and b) Formation of water-dispersible nanoparticles using dual-interaction ligands (a) that bind onto the surface of
nanoparticles by both co-ordinate bonding and hydrophobic van der Waals interaction (b). (c–e) Stability tests for iron
oxide nanoparticles coated with dual-interaction ligands: (c) thermal stability test at 100 °C; (d) pH stability test; (e)
stability as a function of salt (NaCl) concentration. Reprinted with permission from ref. 62. Copyright 2008 Wiley-VCH.
Green synthesis and stabilization of biocompatible
gold nanoparticles
Nanočástice PS 2012 19
http://iopscience.iop.org/0957-4484/23/45/455103/article
Zelená syntéza
Patentování stabilizace
Nanočástice PS 2012 20
Patent application title: GOLD,
SILVER, AND COPPER
NANOPARTICLES
STABILIZED IN
BIOCOMPATIBLE AQUEOUS
MEDIA
Read more:
http://www.faqs.org/patents/app/
20100172997#ixzz2DilOrZoQ
6. The method of claim 1, wherein the
one or more polymer stabilizers
comprises agarose, hydrogels, PAA (poly
acrylic acid), PVA (poly vinyl alcohol),
Chitosan, PNIPAM (Poly-N-isopropyl
acrylamide), substituted PNIPAM
(including PNIPAM-aa (poly-Nisopropyl
acrylamide-acrylic acid),
PNIPAM-allylamine (Poly-N-isopropyl
acrylamide-allylamine), and PNIPAMSH),
PAMAM (Polyamidoamine), PEG
(Poly ethylene glycol), alginic acid, HPC
(hydroxyl propyl cellulose), or a
combination thereof.
Read more:
http://www.faqs.org/patents/app/20100172997#ixzz2DilqN
dgg
Nanočástice PS 2012 21
Diskuse
?
http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2008/NJ/B711870H