(Phys.org) —Un grupo de investigadores de varias instituciones ha unido polímeros terminados en tiol a nanopartículas de oro y ha creado micelas superficiales cambiando el solvente de uno que es favorable para el polímero a uno menos favorable.

Rachelle M. Choueiri, et al. han demostrado que el patrón de superficie de nanopartículas, de la agregación superficial de polímeros en "parches, "se puede controlar termodinámicamente cambiando las características del polímero y las propiedades del disolvente. Además, el patrón de superficie se puede bloquear en su lugar reticulando el polímero. Su trabajo aparece en Naturaleza .

Las partículas con patrones de superficie tridimensionales han demostrado ser útiles como modelos para análogos coloidales de materiales reactivos y transiciones de fase en sistemas líquidos. así como tensioactivos coloidales y plantillas para sintetizar partículas híbridas. Investigaciones anteriores han mostrado pocos ejemplos de partículas coloidales en parches a nivel nanométrico. Incluso cuando se pueden formar parches a este nivel, normalmente no hay más de dos parches por nanopartícula.

En la investigación actual, las moléculas de polímero unidas a nanopartículas de oro pueden cambiar de una distribución uniforme (es decir, un cepillo de polímero) a la superficie de las micelas clavadas mediante procesos termodinámicos. Específicamente, se puede controlar el tamaño de los parches cambiando las dimensiones del polímero y la densidad de injerto. Se puede controlar el número de parches por nanopartícula ajustando la relación entre el diámetro de la nanopartícula y el tamaño del polímero.

El primer paso fue ver si el cambio de solvente puede impulsar la formación de parches de polímero. Choueiri, et al. fabricaron nanopartículas de oro con diámetros en el rango de 20 ± 1,0 nm y 80 ± 1,5 nm con poliestirenos terminados en tiol. Los poliestirenos tenían una masa molecular de 29, 000 Daltons o 50, 000 Daltons para ver si el peso molecular influyó en la formación del parche. Las nanopartículas dispersas en DMF, que es un buen solvente para poliestireno, fueron recubiertos con una capa uniformemente gruesa. Presentaron una dispersión polimérica uniformemente espesa. Cuando el agua un mal solvente, fue añadido, la capa de polímero se convirtió en parches, que era reversible con la adición de DMF. El tamaño del parche y el número por nanopartícula podrían controlarse mediante el peso molecular del polímero.

Dados estos resultados, Choueiri, et al. luego exploró qué pasaría si cambiaran el diámetro de las nanopartículas, la longitud de poliestireno, y la densidad de los polímeros de poliestireno atados a la superficie. En general, sus estudios demostraron que el tamaño del parche puede controlarse mediante la longitud del polímero y la densidad de la superficie, mientras que el número de parches por nanopartícula se puede controlar cambiando el diámetro de la nanopartícula y la longitud del polímero. Los estudios teóricos confirmaron que el componente termodinámico de los patrones de la superficie se debió a las interacciones entre el polímero y el disolvente y cuánto puede estirarse el polímero desde su posición fijada hasta el parche de la superficie.

El siguiente paso fue ver si la forma de la superficie cambiaba el patrón de la superficie. Choueiri, et al. examinó la segregación de polímeros en nanobarras, nanocubos, y nanoprismas triangulares. Descubrieron que los parches tendían a formarse en las puntas de las nanorañas y en los bordes de los nanocubos y nanoprismas triangulares. Adicionalmente, Probaron polímeros distintos al poliestireno y descubrieron que algunos de estos polímeros formaban parches en nanoesferas de oro después de cambiar ciertas propiedades de los disolventes. como pH o hidrofobicidad.

Finalmente, probaron el autoensamblaje de nanopartículas irregulares en un solvente pobre. Descubrieron que después de suficiente tiempo, las nanopartículas modeladas exhibieron nuevas modalidades de unión en DMF mezclado con agua.

Los nanocubos, en particular, mostró una estructura autoensamblada de "tablero de ajedrez" única. Esto es diferente de cuando los nanocubos se recubrieron uniformemente con poliestireno y luego se realizaron cambios de solvente. En este caso, el patrón era "cara a cara" en lugar de tablero de ajedrez.

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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