Polydiacetylene Nanotubes (PDNTs):
ท่อนาโนขึ้นอยู่กับวัสดุไดอาซิทิลีนไขมัน
Sang Beom Lee, Ph.D.
LIG Sciences, Inc. Export, PA 15632
1. ท่อนาโนโพลีไดอะซีทิลีน (PDNTs): เคมีโครงสร้างและคุณสมบัติ
Polydiacetylene Nanotubes (PDNTs) เป็นท่อนาโน diacetylene ที่ประกอบด้วยตัวเองซึ่งประกอบด้วยการเชื่อมโยงข้ามของพันธะคู่และสาม PDNTs เหล่านี้มีคุณสมบัติที่โดดเด่นซึ่งรวมถึงโครงสร้างมิติที่สม่ำเสมอและลักษณะโครมิกที่ตอบสนองได้ซึ่งสามารถนำมาใช้ได้ตามที่เป็นอยู่ภายในโซลูชันหรือประกอบด้วยตนเองบนพื้นผิวต่างๆเช่นซิลิกาพอลิเมอร์และพื้นผิวโลหะ PDNTs ได้รับความสนใจอย่างมากต่อนักเคมีและนักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยบริษัทยาบริษัทสี/เคลือบและบริษัทออปโต/อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการไขมันราคาถูกบริสุทธิ์คาดการณ์ได้และกำหนดไว้อย่างดีและท่อนาโนสี
Polydiacetylenes (PDA)
Polydiacetylenes (PDA) เป็นโพลิเมอร์ที่ผลิตโดย UV (254 nm) การทำโพลิเมอร์อนุมูลอิสระของไลเปตินไดเซทิลีนโมโนเมอร์ (รูปที่ 1) ที่มีคุณสมบัติในการประกอบตัวเองและโครงสร้างจุลภาคของพวกเขาได้รับรายงานครั้งแรกโดย Yager et al. ในปี 19841 สำหรับพอลิเมอไรเซชันไดอาเซทิลีนโมโนเมอร์จะต้องมีการจัดเรียงที่ดีซึ่งสามารถทำได้โดยการประกอบตัวโมเลกุลของโมโนเมอร์ไดอาซิทิลีน กระบวนการประกอบตัวเองมักสร้างโครงสร้างนาโนที่น่าสนใจเช่นหลอดนาโนและไมโครและไมโครไมโครไมโครไมโครไมโครไดอาซิติเลเนส2-8 ความพยายามต่างๆได้รับการทำเพื่อควบคุมเส้นผ่าศูนย์กลางและความยาวของท่อนาโนโดยการเปลี่ยนการปรับเปลี่ยนทางเคมีและวิธีการผลิตของไขมันครึ่งบกครึ่งน้ำ diacetylene การผลิตท่อนาโน diacetylene ที่มีความบริสุทธิ์สูงได้รับความสนใจอย่างมากในหมู่นักวิทยาศาสตร์ที่กำลังศึกษาไบโอเซนเซอร์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์และระบบการจัดส่งยา (DDS)

รูปที่ 1โพลิเมอร์ของไดเซทิลีนไลเปตินโมโนเมอร์
PDA ผ่านการเปลี่ยนสีจากสีฟ้าเป็นสีแดงเมื่อสัมผัสกับสารกระตุ้นเช่นความร้อนการสัมผัสสารเคมีค่า pH สูงหรือความเครียดเชิงกล ในสถานะพื้น diacetylenes แบบโพลิเมอร์จะดูดซับแสงที่ 650 nm ทำให้ดูเป็นสีน้ำเงิน เมื่อสัมผัสกับสารกระตุ้นการดูดซึมจะเปลี่ยนเป็น 550 nm เนื่องจากการลดลงของพันธะที่มีส่วนผสมของโพลีเมอร์ในแกนหลักทำให้กลายเป็นสีแดง การเปลี่ยนสีของ polydiacetylenes ถูกนำมาใช้ในการพัฒนาไบโอเซนเซอร์โดยการแนะนำเอ็นเฉพาะให้กับโมโนเมอร์เพื่อให้เอ็นสามารถผูกกับตัวรับเช่นไวรัสและแบคทีเรีย (รูปที่ 2)9-12

รูปที่ 2กลไกการเปลี่ยนสีของโพลิเมอร์ diocetylenic โดยการผูกตัวรับ ligand
ท่อนาโนโพลีไดอะซีทิลีน (PDNTs)
หนึ่งในโครงสร้างนาโนสังเคราะห์ที่มีแนวโน้ม diacetylene สำหรับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริงต่างๆคือโครงสร้างนาโนหลอดที่ได้จากสารแขวนลอยของ diacetylenic phosphatydlcholines13 เมื่อการแก้ปัญหาของโมเลกุลเหล่านี้ได้รับความร้อนและระบายความร้อนต่ำกว่าอุณหภูมิหลอมเหลวของไขมันแผ่นบิลเลเยอร์ฟอร์มและม้วนขึ้นเป็นรูปแบบท่อที่มีโครงสร้างขดลวดโดยรวม (รูปที่ 3) เกือบทั้งหมดของโครงสร้างนาโนขึ้นรูปไขมันได้รับโมเลกุล chiral14-18 อนุพันธ์ส่วนใหญ่ของ acetylcholine รูปแบบ liposomes ทรงกลมแต่มีการค้นพบโมเลกุลที่สามารถสร้างหลอดไขมันซึ่งแสดงคุณสมบัติที่น่าสนใจบางอย่าง ในขณะที่ดูเหมือนจะมีหลักฐานบางอย่างว่าความสามารถในการทำให้ไขมันโมโนเมอร์ได้รับความนิยมอย่างมากในฐานะที่เป็นข้อกำหนดสำหรับการสร้างโครงสร้างนาโนแต่ก็ไม่ใช่ข้อกำหนดที่จำเป็นอย่างยิ่ง6 มีการแสดงให้เห็นถึง diynoic phosphatidylcholine ในการผลิตโครงสร้างริบบิ้นบิดเกลียวซึ่งความคมชัดของริบบิ้นแต่ละอันจะคงที่ซึ่งมีจำนวนเท่ากันของไอโซเมอร์ออปติคอลแต่ละประเภทที่ใช้ในการเตรียม19,20 tubules ที่เกิดขึ้นจากอีก achiral phosphatydlcholines ถูกแบ่งอย่างเท่าเทียมกันระหว่าง helices ซ้ายและขวามือแต่ chirality ของการเตรียมการทั้งหมดสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเติมส่วนผสมด้วยอนุพันธ์ chiral จำนวนเล็กน้อย การสังเกตนี้ได้นำไปสู่ข้อสรุปว่าการจัดโครงสร้างเหล่านี้ได้รับอิทธิพลจากไดอีนในหางไฮโดรคาร์บอนมากกว่าความสามารถในการควบคุมภายในของโมเลกุล19 ควรสังเกตว่าในกรณีส่วนใหญ่โครงสร้างที่เกิดจากไขมัน achiral diacetylenyl ไม่ได้เตรียม nanotubes ที่เป็นเนื้อเดียวกัน
นอกจากเสียงแล้วดูเหมือนว่าจะมีความชอบที่แข็งแกร่งสำหรับโมเลกุลที่มีโซ่ไดอาซิทิลีนไลปิดสองเส้น ในแง่ของเรื่องนี้เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าไดอาซิทิลีนแบบโซ่เดี่ยวที่เรียบง่ายได้รับการพัฒนาขึ้นซึ่งตรงกันข้ามกับวิธีการคิดในปัจจุบัน ที่สามารถประกอบตัวเองเป็นประชากรที่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างน่าทึ่งของท่อนาโนและสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นในรูปแบบโครงสร้างนาโนอื่นๆ (รูปที่ 3 และ 4)

รูปที่ 3การสังเคราะห์และการประกอบตัวเองของโมเลกุลของโมโนเมอร์ diacetylene โซ่เดียวและท่อนาโน polydiacetylene (PDNT)

รูปที่ 4ศัพท์เฉพาะของ LIG Sciences สำหรับ diacetylene monomers ของพวกเขาขึ้นอยู่กับจำนวนของคาร์บอนในแต่ละส่วนรวมถึงหาง hydrophic และกลุ่มหัว hydrophilic
ลีและคณะ7 8 ได้อธิบายถึงความสามารถในการสร้าง nanotube ของ monomers diacetylene (รูปที่ 4) ซึ่งเป็น diacetylenes amphiphilic achiral ที่มีกลุ่มหัวเกลือเอมีนรองเพื่อสร้างท่อนาโนที่ประกอบขึ้นเองอย่างสม่ำเสมอ โมโนเมอร์ diacetylenic ประกอบด้วยสองส่วนที่แตกต่างกันที่นำไปสู่การประกอบที่น่าสนใจของโครงสร้างจุลภาคในขณะที่อยู่ในสื่อน้ำ หนึ่งคือหางที่ไม่ชอบน้ำและอีกหนึ่งคือกลุ่มหัวน้ำ ชิ้นส่วนทั้งสองมีบทบาทสำคัญเมื่อประกอบเข้ากับโครงสร้างจุลภาคเช่นไลโปโซมและท่อนาโน
รูปที่ 5 34 และ 6 98 เป็นภาพ SEM ของโครงสร้างนาโนที่เกิดขึ้นจาก DM-52-15-52-15-52-Br ซึ่งพบว่าเป็นท่อนาโน polydiacetylene ที่บริสุทธิ์และเป็นเนื้อเดียวกัน (PDNT) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน (ID.) 12 2 1 nm, เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (OD) 8 nm และความยาว (L) ประมาณ 2 ไมครอน

รูปที่ 5ภาพ SEM แสดงเส้นผ่าศูนย์กลางสม่ำเสมอและความบริสุทธิ์ของ PDNT

รูปที่ 6ภาพ SEM แสดงช่องเปิดของท่อนาโนที่สม่ำเสมอของ PDNT
ท่อนาโนเชิงเส้นเหล่านี้ได้รับการพบว่าประกอบด้วยห้าบิลเลเยอร์ส (รูปที่ 7) จะไม่มีรอยต่อเมื่อสังเกตโดย SEM และ TEM ด้วยการใช้เงื่อนไขการเตรียมการเฉพาะพบว่า สามารถสร้างสัณฐานของ Nanotube ที่ไม่ซ้ำกันเช่น Nanotube แยกที่แสดงในรูปที่ 8 ได้ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างนาโนที่เฉพาะเจาะจงและสัณฐานของพวกเขาสามารถสร้างขึ้นได้ไม่เพียงแต่โดยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีของโมโนเมอร์ไขมันแต่ยังโดยการเปลี่ยนกระบวนการประกอบด้วยตนเอง

รูปที่ 7Polydiacetylene nanotubes ก่อนและหลังการทำโพลิเมอร์ UV

รูปที่ 8ภาพ SEM ของท่อนาโน polydiacetylene แยก
PDNTs ถูกทำโพลิเมอร์โดยการเชื่อมขวางที่สถานที่พันธะ alkyne โดยการสัมผัสกับแสงอัลตราไวโอเลต (รูปที่ 7) หลังจากการเชื่อมขวางท่อนาโนจะได้รับการเปลี่ยนสีจากสีน้ำเงินเป็นสีแดงเมื่อสัมผัสกับสิ่งเร้าประเภทต่างๆเช่นความร้อนหรือความเครียดเชิงกล การเปลี่ยนสีจากสีน้ำเงินเป็นสีแดงเกิดขึ้นประมาณ 7 0 oC เนื่องจากการบิดของแกนหลักโพลิเมอร์เมื่อสัมผัสกับความร้อน8 ในกรณีส่วนใหญ่การเปลี่ยนสีนี้จะกลับเป็นสีฟ้าอีกครั้งเมื่ออุณหภูมิกลับต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง ข้อยกเว้นอย่างหนึ่งดังที่แสดงใน รูปที่ 9คือเมื่อท่อนาโนถูกระงับในน้ำซึ่งสีเปลี่ยนกลับเป็นสีฟ้าจะไม่เกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิกลับไปที่อุณหภูมิห้อง สีนี้เปลี่ยนจากสีน้ำเงินเป็นสีแดงยังสังเกตได้จากการใช้ความเครียดกับโครงสร้างนาโนโพลิเมอร์ มันแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างที่ประกอบด้วยโพลิเมอร์เหล่านี้มีศักยภาพที่จะใช้ในเซ็นเซอร์เพื่อตรวจจับความเครียดที่เกิดจากเอนไซม์สารห่อหุ้มหรือสารดูดซับที่เป็นตัวเองชนิดที่ถูกตรวจจับหรือที่สร้างความเครียดบนนาโนหลอดหลังจากที่สัมผัสกับสายพันธุ์ที่ถูกตรวจจับ โดยเฉพาะนาโนหลอดที่มีโปรตีนที่ดูดซับ/ดูดซึมอาจทำให้เกิดความเครียดในนาโนหลอดผ่านการเปลี่ยนแปลงการก่อตัวของโปรตีนเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมจึงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสี

อีกผลที่น่าสนใจก็คือ PDNT สามารถกระจายตัวได้อย่างสม่ำเสมอในสารละลายโพลีสไตรีน PDNT ที่มีสารละลายโพลีสไตรีนเป็นสีน้ำเงินซึ่งระบุว่าโครงสร้างของท่อไม่ได้ถูกเปลี่ยนแปลงโดยการรวมเข้ากับโพลิเมอร์ โดยความร้อนถึง 7 0 oC พอลิเมอร์เปลี่ยนเป็นสีแดง (รูปที่ 10) และการระบายความร้อนทำให้วัสดุกลับเป็นสีฟ้ากลับด้านได้ ในทางกลับกันพอลิเมอร์เปลี่ยนจากสีแดงเป็นสีใสแต่กลับไม่กลับเป็นสีแดงเมื่อเย็นลงต่ำกว่า 11 0 oC 11 0 การเปลี่ยนแปลงสีที่ย้อนกลับไม่ได้เหล่านี้สามารถนำมาใช้สำหรับการใช้งานจริงเช่นสีที่เปลี่ยนสีกลับได้เพื่อเตือนพื้นผิวที่ร้อนหรือเปลี่ยนสีที่ไม่สามารถย้อนกลับได้สำหรับรายการต่างๆเช่นอาหารแช่แข็งหรือสิ่งของที่เน่าเสียง่ายอื่นๆที่อาจเกิดภาวะโลกร้อนที่ไม่พึงประสงค์ในระหว่างการขนส่งไปยังร้าน

รูปที่ 10การเปลี่ยนสีของท่อนาโนโพลิเอทิลีนในโพลีสไตรีน
การเปลี่ยนสีที่สามารถกลับด้านได้โดยการให้ความร้อนสูงถึง 7 0 oC จะสังเกตได้จากอีลาสโตเมอร์โพลียูรีเทนที่มีส่วนผสมของ PDNT ที่น่าสนใจเมื่อยางยืดมันจะสูญเสียสีฟ้ากลายเป็นสีแดงแล้วกลับเป็นสีฟ้าเมื่อกำจัดความเครียดและผ่อนคลายให้อยู่ในสภาพเดิม ระบุว่าการรวม PDNTs ที่ไม่ได้ดัดแปลงเข้ากับโพลิเมอร์มีศักยภาพในการผลิตวัสดุและสารเคลือบสีอัจฉริยะที่สามารถตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของความเค้นทางกลที่เกิดขึ้นบนพื้นผิว
รูปที่ 1 1 แสดงการเปลี่ยนแปลงสีของ PDA ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำก่อน/หลังการฉายรังสีของแสงและผลกระทบของสารเติมแต่งต่างๆต่อสีของ PDA ที่เป็นโพลิเมอร์ PDNT ที่ไม่มีโพลิเมอร์หรือไม่มีการเชื่อมโยง (หลอด 1) ในน้ำเป็นสารละลายสีขาวขุ่นเล็กน้อยซึ่งเปลี่ยนเป็นสีฟ้าหลังจากการเชื่อมโยงข้าม (หลอด 2) โดยการเปิดเผยรังสียูวี การเพิ่มแบคทีเรีย (1 x 10 9 เซลล์) ลงใน PDNT แบบ cross-linked ทำให้เกิดการตกตะกอนของสารแขวนลอยภายใน 30 นาที (หลอด 3 และ 4 โปรดทราบว่าวัสดุที่มีสีทั้งหมดถูกตกตะกอนโดยแบคทีเรีย การเพิ่ม SDS ทำให้สีเปลี่ยนเป็นสีเหลือง (หลอด 5) ซึ่งผิดปกติเนื่องจาก polydiacetylenes ส่วนใหญ่แสดงการเปลี่ยนสีเป็นสีฟ้าเป็นสีแดงเท่านั้น สารลดแรงตึงผิวอื่นๆแสดงให้เห็นถึงผลลัพธ์ที่หลากหลาย CTAB ไม่มีผล (หลอด 6) ในขณะที่ CTAC ซึ่งแตกต่างเฉพาะในตัวนับไอออน (คลอไรด์กับโบรไมด์) ทำให้เกิดการแปลงสีน้ำเงินคลาสสิกเป็นสีแดง (หลอด 7) Pluronic ไม่มีผลแต่การสัมผัสกับ Triton-X100 ทำให้เกิดสีม่วง (หลอด 8 และ 9 ตามลำดับ) สุดท้ายผลของความเข้มข้นของเกลือ (โดยการเติม NaCl, หลอด 10) หรือ pH (โดยการเติม HCl หรือ NaOH) ในการเปลี่ยนแปลงสียังไม่ได้รับการสังเกต การเปลี่ยนแปลงสีที่หลากหลายนี้สำหรับปฏิกิริยาต่างๆที่พบใน PDNT นั้นผิดปกติ คาดว่าคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของ PDA นี้สามารถใช้ประโยชน์ได้ในการออกแบบไบโอเซนเซอร์แบบ colorimetric ที่ใช้ PDNTs ที่ประกอบด้วย PDA

รูปที่ 11ผลของการเพิ่มต่างๆของ PDA โพลิเมอร์ ท่อ: 1) PDA ที่ไม่ใช่ polymerized; 2 โพลิเมอร์ PDA; 3 อี coli.; 4 บี subtilis; 5 โซเดียม dodecyl sulfate (SDS); 6 cetyltrimethylammonium bromide (CTAB); 100 cetyltrimethylammonium chloride (CTAC); 10 Pluronic; 9) Triton-X 7 8 NaCl
2. คุณสมบัติและการประยุกต์ใช้งานที่เป็นไปได้ของ PDNTs
สามารถใช้คุณสมบัติกลไกโครมิสของ PDNTs ในผลิตภัณฑ์ในอนาคต ความเค้นเชิงกลใดๆจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคในการเคลือบคอมโพสิตนาโนหลอด/โพลิเมอร์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสี สีเปลี่ยนสีนี้สามารถนำมาใช้ในสถานการณ์ที่ต้องตรวจสอบและตรวจพบความเครียดเชิงกลที่ไม่พึงประสงค์เช่นในผิวอลูมิเนียมของเครื่องบินส่วนประกอบอาคารสมาชิกสะพานที่สำคัญฯลฯ นอกจากนี้คุณสมบัติของเทอร์โมโครมิสยังสามารถนำมาใช้ในการเคลือบคอมโพสิตนาโนหลอด/โพลิเมอร์เหล่านี้เพื่อให้การเตือนอุณหภูมิด้วยสายตาหรือการบ่งชี้ของพื้นผิวร้อนที่ทาสีด้วยการเคลือบคอมโพสิตนี้ นอกจากนี้ยังมีศักยภาพในการใช้ PDNTs เป็นแพลตฟอร์มสนับสนุนการส่งมอบเอนไซม์เพื่ออำนวยความสะดวกปฏิกิริยาทางชีวเคมีและชีวภาพ แพลตฟอร์มนี้สามารถใช้ในไบโอเซนเซอร์ที่เอนไซม์ที่เหมาะสำหรับการโต้ตอบกับสารเคมีหรือวัสดุชีวภาพที่เฉพาะเจาะจงอาจสร้างความเครียดบนนาโนหลอดส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสี มันสามารถนำมาใช้ในการ์ด microassay สำหรับการระบุสถานที่ของสารที่ไม่รู้จักไม่ว่าจะเป็นยาเสพติดมลพิษทางชีวภาพ/สารเคมีสงครามตัวแทนฯลฯ ตารางที่ 1 สรุปคุณสมบัติเด่นของ PDNTs
3. มีท่อนาโน Polydiacetylene (PDNTs)
จดทะเบียนใน ตารางที่ 2 เป็น PDNTs ความบริสุทธิ์สูง (773484 และ 773492) ที่นำเสนอในแคตตาล็อกของเรา PDNTs เหล่านี้มีความบริสุทธิ์สูงและมีโพลิเมอร์ที่ดีเนื่องจากการจัดตำแหน่งที่ยอดเยี่ยมหลังจากการประกอบตัวของโมโนเมอร์ diacetylene ภาพ SEM ของ PDNT-2-32-0 2 8 2 12 Br (773484) ใน รูปที่ 5 และ 6 แสดงความบริสุทธิ์และช่องเปิดลูเมนนาโนหลอด
ข้อมูลอ้างอิง
เพื่ออ่านต่อ โปรดเข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชีใหม่
ยังไม่มีบัญชีใช่หรือไม่?