(Phys.org) - Un groupe de chercheurs de plusieurs institutions a attaché des polymères à terminaison thiol à des nanoparticules d'or et créé des micelles de surface en changeant le solvant d'un solvant favorable pour le polymère à un autre moins favorable.

Rachelle M. Choueiri, et al. ont démontré que la structuration de la surface des nanoparticules, de l'agrégation superficielle des polymères en "patchs, " peut être contrôlé thermodynamiquement en changeant les caractéristiques des polymères et les propriétés des solvants. De plus, le motif de surface peut être verrouillé en place en réticulant le polymère. Leur travail apparaît dans La nature .

Les particules tridimensionnelles à motifs de surface se sont avérées utiles en tant que modèles pour les analogues colloïdaux de matériaux réactifs et les transitions de phase dans les systèmes liquides, ainsi que des tensioactifs colloïdaux et des matrices pour la synthèse de particules hybrides. Des recherches antérieures ont montré peu d'exemples de particules colloïdales inégales au niveau du nanomètre. Même lorsque des patchs peuvent être formés à ce niveau, il n'y a généralement pas plus de deux patchs par nanoparticule.

Dans la recherche actuelle, les molécules de polymère attachées aux nanoparticules d'or peuvent changer d'une distribution uniforme (c'est-à-dire, une brosse en polymère) à la surface des micelles épinglées via des processus thermodynamiques. Spécifiquement, on peut contrôler la taille des patchs en modifiant les dimensions du polymère et la densité de greffage. On peut contrôler le nombre de patchs par nanoparticule en ajustant le rapport entre le diamètre des nanoparticules et la taille du polymère.

La première étape consistait à voir si le changement de solvant pouvait entraîner la formation de patchs polymères. Choueiri, et al. ont fabriqué des nanoparticules d'or avec des diamètres compris entre 20 ± 1,0 nm et 80 ± 1,5 nm avec des polystyrènes à terminaison thiol. Les polystyrènes avaient soit une masse moléculaire de 29, 000 Daltons ou 50, 000 Daltons pour voir si le poids moléculaire a joué un rôle dans la formation des patchs. Les nanoparticules dispersées dans le DMF, qui est un bon solvant pour le polystyrène, ont été recouverts d'une couche uniformément épaisse. Ils présentaient une dispersion de polymère uniformément épaisse. Quand l'eau, un mauvais solvant, était ajouté, la couche de polymère transformée en patchs, qui était réversible lors de l'ajout de DMF. La taille et le nombre de patchs par nanoparticule pourraient être contrôlés par le poids moléculaire du polymère.

Compte tenu de ces résultats, Choueiri, et al. puis exploré ce qui se passerait s'ils modifiaient le diamètre des nanoparticules, la longueur du polystyrène, et la densité des polymères de polystyrène attachés à la surface. En général, leurs études ont montré que la taille des patchs peut être contrôlée par la longueur du polymère et la densité de surface tandis que le nombre de patchs par nanoparticule peut être contrôlé en modifiant le diamètre des nanoparticules et la longueur du polymère. Des études théoriques ont confirmé que la composante thermodynamique des motifs de surface était due aux interactions polymères et solvants et à la capacité du polymère à s'étirer de sa position attachée au patch de surface.

L'étape suivante consistait à voir si la forme de la surface changeait le motif de la surface. Choueiri, et al. examiné la ségrégation des polymères sur les nanotiges, nanocubes, et des nanoprismes triangulaires. Ils ont découvert que des plaques avaient tendance à se former aux extrémités des nanoroutes et sur les bords du nanocube et des nanoprismes triangulaires. En outre, ils ont testé des polymères autres que le polystyrène et ont constaté que certains de ces polymères formaient des plaques sur des nanosphères d'or après avoir modifié certaines propriétés du solvant, comme le pH ou l'hydrophobie.

Finalement, ils ont testé l'auto-assemblage de nanoparticules inégales dans un mauvais solvant. Ils ont constaté qu'après un temps suffisant, les nanoparticules à motifs présentaient de nouvelles modalités de liaison dans le DMF mélangé à de l'eau.

Les nanocubes, en particulier, a montré une structure auto-assemblée unique en « damier ». Ceci est différent du moment où les nanocubes étaient uniformément recouverts de polystyrène, puis des changements de solvant étaient effectués. Dans ce cas, le motif était "face à face" plutôt qu'en damier.

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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