การเตรียมเครื่องพ่นสีแบบประกอบเอง

คำอธิบาย

โมโนเลเยอร์สประกอบด้วยตัวเอง (SAMs) ของ thiols จัดทำขึ้นโดยการแช่พื้นผิวทองที่สะอาดลงในสารละลายเจือจางของ thiol ที่ต้องการ

รูปที่ 1 Schematic แสดง monolayer ประกอบด้วยตัวเองสั่งซื้อของ thiols alkane หนาแน่น

แม้ว่าการประกอบด้วยตนเองจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วแต่ก็จำเป็นต้องมีขั้นตอนการทดลองที่ดีในการผลิตภาพยนตร์ที่มีความสม่ำเสมอและมีการสั่งซื้อสูง บทความนี้จะกล่าวถึงโปรโตคอลที่แนะนำสำหรับการเตรียม SAMs

แนะนำให้ใช้น้ำยาและอุปกรณ์

• พื้นผิวเคลือบทอง
• สารประกอบ Thiol
• เอทานอล 200 ชนิด (หมายเลขผลิตภัณฑ์ 459844)
• Calibrated micropipettes
• ภาชนะสำหรับผสมสารละลาย thiol
• แหนบสำหรับการจัดการตัวอย่าง
• ขวดตัวทำละลายเอทานอลโดยเฉพาะ
•  เทปปิดผนึก Parafilm ® (หมายเลขผลิตภัณฑ์P7793)
• Containers for sample preparation
• จาน Petri สำหรับขนส่งและจัดเก็บ SAMs
• ก๊าซไนโตรเจนแห้ง
• Analytical Balance
• เครื่องส่ง  เสียง
• pH paper

ข้อควรระวังและข้อสงวนสิทธิ์

โปรดดูเอกสารข้อมูลความปลอดภัยสำหรับข้อมูลเกี่ยวกับอันตรายและวิธีปฏิบัติในการจัดการที่ปลอดภัย

สิ่งแวดล้อม- สภาพแวดล้อมที่สะอาดเป็นกุญแจสำคัญในการเตรียม SAMs ที่มีคุณภาพสูง แม้สารปนเปื้อนในระดับต่ำก็สามารถส่งผลกระทบต่อคุณภาพของโมโนเลเยอร์ได้ หลีกเลี่ยงห้องหรือเครื่องดูดควันที่มีการใช้ไซเลนหรือโพลี (dimethylsiloxane) (PDMS) สารประกอบเหล่านี้สามารถปนเปื้อนกับพื้นผิวได้หลากหลายชนิด ไอโอดีนดูดซับทองคำได้อย่างง่ายดายและควรหลีกเลี่ยง หัวดูดอากาศทั้งหมดควรได้รับการจัดการในเครื่องดูดควัน

ภาชนะบรรจุ- ภาชนะบรรจุที่เหมาะสมได้แก่แก้วหรือโพลีโพรพิลีน (เช่นขวด scintillation, หลอดทดสอบโพลีโพรพิลีนและหลอดปั่นเหวี่ยง) หากใช้ภาชนะบรรจุแก้วต้องทำความสะอาดอย่างทั่วถึงเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของสารละลาย¹ ตัวเลือกหนึ่งสำหรับการทำความสะอาดแก้วคือการใช้สารละลาย piranha [ สารละลาย 30: 30 v/v ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 10% (H₂O₂) และกรดซัลฟิวริกเข้มข้น (H₂ดังนั้น₄)]

หมายเหตุ: ต้องใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่งเมื่อใช้สารละลายปิรันย่า มันเป็นสารออกซิแดนท์ที่แข็งแกร่งมากและตอบสนองอย่างรุนแรงกับสารอินทรีย์

ภาชนะบรรจุควรปิดผนึกได้ง่าย สำหรับฟิล์มที่มีคุณภาพสูงสุดควรลดการสัมผัสกับออกซิเจนในระหว่างกระบวนการประกอบ ซึ่งสามารถทำได้โดยการลดพื้นที่ว่างเหนือสารละลาย thiol และการเติมก๊าซเฉื่อยลง สารตั้งต้นแต่ละชนิดจะถูกวางไว้ในภาชนะบรรจุของตัวเองเพื่อหลีกเลี่ยงการปฏิสัมพันธ์ที่อาจเป็นอันตรายต่อคุณภาพของฟิล์ม

ภาชนะสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ตราบใดที่พวกเขาจะล้างได้ดีกับตัวทำละลายหลังจากการใช้งานแต่ละครั้งและทุ่มเทให้กับ thiol เดียวกันเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนข้าม

ตัวทำละลาย - สำหรับ thiols ส่วนใหญ่ จำเป็นต้องใช้เอทานอล 200 ตัว (หมายเลขผลิตภัณฑ์ 459844) สำหรับการประกอบที่ประสบความสำเร็จ

หมายเหตุ: ระดับทองแดงที่สูงขึ้นรบกวนการประกอบ thiols และอาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของ SAM ที่เกิดขึ้น

สไลด์ตัวอย่าง - สไลด์เคลือบทอง (หมายเลขผลิตภัณฑ์ 643246 และ 643203) ต้องมีชั้นยึดติดของโครเมียม (Cr) หรือไทเทเนียม (Ti) ใต้ชั้นทอง ถ้าชั้นนี้หายไปทองจะ delaminate และทำลาย monolayer ในระหว่าง sonication

ขั้นตอน

ขั้นตอนนี้ดัดแปลงมาจากบทความใน Material Matters^™ เล่ม 1 ฉบับที่ 2 เขียนโดยดร. แดนเกรแฮมจากอเซมบรอนและดร. ชอนดิงแมนจากบริษัทซิกม่า - อัลดริช มันเหมาะสมสำหรับ thiols ส่วนใหญ่ Thiols ที่มีกลุ่มเอมีนหรือคาร์โบไฮเดรตต้องมีการปรับเปลี่ยนเล็กน้อยตามที่อธิบายไว้ในขั้นตอน คุณสมบัติของ PEG thiol monolayers ขึ้นอยู่กับวิธีการประกอบด้วยตนเอง นักวิจัยควรทบทวนวรรณกรรมก่อนที่จะใช้วัสดุเหล่านี้^{5 – 7}

• กำหนดปริมาณที่จำเป็นและความเข้มข้นของสารละลาย thiol
  
  1. คำนวณปริมาณรวมของสารละลาย thiol ที่จำเป็นในการทำให้จำนวนตัวอย่างที่ต้องการ:
     [ ปริมาตรรวมของสารละลาย (mL)] = [ จำนวนตัวอย่างทั้งหมด ] × [ ปริมาตรตัวอย่าง (mL)]
  2. คำนวณจำนวนเงินรวมของ thiol ที่จำเป็นในการเตรียมจำนวนเงินที่ต้องการของการแก้ปัญหา thiol
     [Mass of thiol (g)] = [Total Volume (mL)] × [C] × [8 – 10 6 mol/mL] × [MW (g/mol)]
     โดย MW คือน้ำหนักโมเลกุลของ thiol และ C คือความเข้มข้นเป็นมม. (โดยทั่วไปคือ 1 – 5 มม.)
     หาก thiol เป็นของเหลวให้แปลงมวลเป็นปริมาตรโดยใช้ความหนาแน่น ใช้ไมโครปิเปตต์ที่ปรับเทียบแล้วเพื่อวัดและจ่ายไธโอลเหลว

• เตรียม Thiol Solution - เตรียมสารละลายให้เพียงพอสำหรับตัวอย่างทั้งหมดเพื่อให้แน่ใจว่าความเข้มข้นของสารละลายคงที่ตลอดชุดตัวอย่าง เมื่อเตรียมสารละลาย thiol ผสมให้เตรียมสารละลายสต็อกของ thiol แต่ละตัวแยกกันแล้วผสมในสัดส่วนที่เหมาะสมสำหรับการแก้ปัญหาสต็อกขั้นสุดท้าย
  
  1. ล้างภาชนะบรรจุทั้งหมดด้วยตัวทำละลาย 3 – 5 มล. ทำซ้ำ 2 – 3 ครั้งและปิดฝาภาชนะแต่ละชิ้นใหม่ ล้างบีกเกอร์แหนบฯลฯทั้งหมดเพื่อใช้ในการทดลอง
  2. วัดปริมาณตัวทำละลายที่เหมาะสมลงในภาชนะบรรจุสารละลายที่สะอาด
  3. จ่ายมวล (หรือปริมาตร) ของ thiol ลงในตัวทำละลาย
     หมายเหตุ: หากใช้ thiols ที่สิ้นสุดด้วยคาร์บอกซีหรือเอมีนให้ปรับค่า pH ของสารละลาย thiol ให้สอดคล้องกัน สำหรับ Carboxymanated thiols ให้ปรับค่า pH เป็น -2 โดยการเพิ่ม HCl เข้มข้นไม่กี่หยด (หมายเลขผลิตภัณฑ์ 320331) สำหรับ thiols ที่สิ้นสุดด้วยอะมีนให้ปรับค่า pH เป็น -12 โดยการเพิ่ม NH₄Cl (หมายเลขผลิตภัณฑ์  213330) หรือ triethylamine (หมายเลขผลิตภัณฑ์  T0886)
  4. สารละลาย sonicate สำหรับ 5 – 10 นาทีที่จะละลาย
  5. เมื่อละลายแล้วให้จ่ายสารละลายตามปริมาณที่วางแผนไว้ลงในภาชนะบรรจุตัวอย่างแต่ละชิ้น
  
  
• Sample Self-Assembly
  
  1. จุ่มสารตั้งต้นทองในภาชนะที่มีสารละลาย thiol จับพื้นผิวสีทองด้วยแหนบและลดการสัมผัสกับอากาศ
  2. เติมก๊าซไนโตรเจนแห้งลงในภาชนะบรรจุปิดฝาและห่อด้วย Parafilm
  3. เก็บตัวอย่างไว้ 24 – 48 ชั่วโมง เวลาในการประกอบที่นานขึ้นมีแนวโน้มที่จะส่งผลให้การบรรจุแบบ monolayer ดีขึ้น
  
  
• ยกเลิกการประกอบด้วยตนเอง
  หมายเหตุ: กลุ่มการทำงานบน thiols อาจส่งผลกระทบต่อการสิ้นสุด selfassembly
  
  1. สำหรับ Alkane Thiols ที่เรียบง่ายให้ถือตัวอย่างด้วยแหนบที่สะอาดและล้างด้วยตัวทำละลายเป็นเวลา 10 – 15 วินาทีโดยใช้ขวดตัวทำละลายที่สะอาด
     หมายเหตุ: สำหรับหัว Thiols ที่มีไฮโดรเจนพันธะขั้วหรือกลุ่มหัวขนาดใหญ่ให้ถือตัวอย่างด้วยแหนบที่สะอาดและล้างด้วยตัวทำละลายเป็นเวลา 10 – 15 วินาทีจากขวดตัวทำละลายที่สะอาด
  2. ตัวอย่างแห้งด้วยก๊าซไนโตรเจนแห้ง
  3. ใส่ตัวอย่างแต่ละชิ้นลงในภาชนะที่มีตัวทำละลายใหม่และปิดฝา
  4. sonicate ตัวอย่างสำหรับ 1 – 3 นาที.
  5. นำตัวอย่างออกทีละตัวอย่างและล้างอีกครั้งเป็นเวลา 10 – 15 วินาทีภายใต้กระแสเอทานอลที่สม่ำเสมอ ในขั้นตอนนี้ไม่จำเป็นต้องปรับค่า pH ใช้ตัวทำละลายบริสุทธิ์
  6. เป่าตัวอย่างให้แห้งด้วยไนโตรเจนแห้ง
  
  
• Sample Storage
  
  1. ใส่ในจาน Petri หรือสารดูดความชื้นที่สะอาด
  2. เติมไนโตรเจนแห้งลงในจาน Petri
  3. สำหรับการจัดเก็บระยะยาว - วางจาน Petri ไว้ในโถที่มีฝา ปิดด้านหลังแบบแห้ง N 2 และปิดผนึกด้วย Parafilm หากคุณจะใช้เครื่องเดียวสำหรับการทดลองเพิ่มเติมให้วางแผนการทดลองของคุณเพื่อให้คุณสามารถล้างตัวอย่างได้อย่างถูกต้องก่อนใช้งาน ลดเวลาระหว่างการเตรียมและการใช้งานเนื่องจาก SAMs สามารถออกซิไดซ์ได้เมื่อเวลาผ่านไป

ข้อมูลอ้างอิง

1. Love JC, Estroff LA, Kriebel JK, Nuzzo RG, Whitesides GM. 2005. Self-Assembled Monolayers of Thiolates on Metals as a Form of Nanotechnology. Chem. Rev.. 105(4):1103-1170. https://doi.org/10.1021/cr0300789

2. Arnold R, Azzam W, Terfort A, Wöll C. 2002. Preparation, Modification, and Crystallinity of Aliphatic and Aromatic Carboxylic Acid Terminated Self-Assembled Monolayers. Langmuir. 18(10):3980-3992. https://doi.org/10.1021/la0117000

3. Wang H, Chen S, Li L, Jiang S. 2005. Improved Method for the Preparation of Carboxylic Acid and Amine Terminated Self-Assembled Monolayers of Alkanethiolates. Langmuir. 21(7):2633-2636. https://doi.org/10.1021/la046810w

4. Noh J, Konno K, Ito E, Hara M. Growth Processes and Control of Two-Dimensional Structure of Carboxylic Acid-Terminated Self-Assembled Monolayers on Au(111). Jpn. J. Appl. Phys.. 44(2):1052-1054. https://doi.org/10.1143/jjap.44.1052

5. Li L, Chen S, Zheng J, Ratner BD, Jiang S. 2005. Protein Adsorption on Oligo(ethylene glycol)-Terminated Alkanethiolate Self-Assembled Monolayers:  The Molecular Basis for Nonfouling Behavior. J. Phys. Chem. B. 109(7):2934-2941. https://doi.org/10.1021/jp0473321

6. Herrwerth S, Eck W, Reinhardt S, Grunze M. 2003. Factors that Determine the Protein Resistance of Oligoether Self-Assembled Monolayers ? Internal Hydrophilicity, Terminal Hydrophilicity, and Lateral Packing Density. J. Am. Chem. Soc.. 125(31):9359-9366. https://doi.org/10.1021/ja034820y

7. Harder P, Grunze M, Dahint R, Whitesides GM, Laibinis PE. 1998. Molecular Conformation in Oligo(ethylene glycol)-Terminated Self-Assembled Monolayers on Gold and Silver Surfaces Determines Their Ability To Resist Protein Adsorption. J. Phys. Chem. B. 102(2):426-436. https://doi.org/10.1021/jp972635z