Wikipedia

Cząsteczki łaciate

Cząsteczki łaciate (ang. patchy particles) nano- lub mikro- cząsteczki koloidalne, na powierzchni których występują obszary, zwane "łatami", o odmiennych właściwościach niż powierzchnia cząsteczki ("rdzenia") na której zostały osadzone. Obecność łat prowadzi do występowania anizotropowych, oraz silnie ukierunkowanych oddziaływań z innymi cząsteczkami lub powierzchnią[1]. Różnice pomiędzy łatami a rdzeniem mogą być związane z: (i) charakterem chemicznym poszczególnych obszarów np. występowanie hydrofobowych łat na powierzchni hydrofilowego rdzenia (modyfikacja entalpowa)[2][3][4] , (ii) zmianą topologii powierzchni cząsteczki np. występowanie wgłębień na powierzchni (modyfikacja entropowa)[5] , (iii) występowanie obu różnic jednocześnie[6]. Szczególnym przykładem cząsteczek łaciatych są cząsteczki, posiadające na swojej powierzchni dwa obszary o jednakowym rozmiarze, które posiadają przeciwne właściwości. Obszary te mogą być np. hydrofilowe/hydrofobowe, metaliczne/polimerowe, organiczne/nieorganiczne. Cząsteczki takie nazwamy cząsteczkami Janusa, których nazwa pochodzi od Rzymskiego Boga Janusa, posiadającego dwie twarze[7][8][9].

Synteza cząsteczek łaciatych

edytuj

Istnieje wiele metod modyfikacji powierzchni, które ogólnie można podzielić na dwie kategorie: (i) depozycja fazy ciekłej (LPD ang. Liquid Phase Deposition), oraz (ii) depozycja par (VPD ang. Vapour Phase Deposition). Do metod LPD zaliczamy chemiczne, elektrochemiczne, bezprądowe oraz warstwowe metody depozycji grup funkcyjnych. Do metod VPD możemy zaliczyć techniki chemicznego osadzenia z fazy gazowej (CVD ang. Chemical Vapour Deposition), epitaksji z wiązek molekularnych (MBE ang. Molecular Beam Epitaxy), oraz fizycznego osadzenia z fazy gazowej (PVD ang. Phisical Vapour Deposition)[7]. Innymi metodami wykorzystywanymi do produkcji cząsteczek łaciatych są np. techniki wykorzystujące kapilarny przepływ dwóch lub więcej polimerów (ang. capillary flow techniques)[10][11] oraz techniki wykorzystujące łączenie się cząstek koloidalnych w większe agregaty[12].

Samoorganizacja cząsteczek łaciatych

edytuj

Samoorganizacja jest procesem, w którym cząsteczki łączą się w większe struktury w zależności od właściwości oddziaływań występujących między nimi, bez zewnętrznej ingerencji człowieka[7].W przeciwieństwie do cząsteczek izotropowych, które organizują się w gęsto upakowane sieci krystaliczne (tj. fcc i hcp), cząsteczki łaciate mogą prowadzić do powstawania dobrze zdefiniowanych sieci posiadających bardziej otwartą strukturę. Istotnymi czynnikami w procesie samoorganizacji cząsteczek łaciatych jest nie tylko charakter i ilość łat, występujących na powierzchni cząśteczki ale również: (i) symetria rozmieszczenia łat na cząsteczce, (ii) wielkość oddziałujących obszarów, oraz (iii) kształtu cząsteczki łaciatej[13]. Czynniki te mogą być dowolnie modyfikowane, przez co geometria oraz wymiarowość powstałych struktur jest ogromna. Z powodu występowania mnogości struktur, proces samoorganizacji cząsteczek łaciatych jest obiektem zainteresowania zarówno badań symulacyjnych[14] oraz eksperymentalnych[13]. Przykładowymi strukturami, o różnej wymiarowości, które powstają w procesie samoorganizacji cząsteczek łaciatych mogą być np. (i) jednowymiarowe łańcuchy[15] , (ii) dwuwymiarowa sieć kagome[4], , (iii) trójwymiarowa sieć diamentowa[16].

Zastosowanie cząsteczek łaciatych

edytuj

Ze względu na możliwość tworzenia różnych sieci o porządanych właściwościach cząsteczki łaciate mogą znaleźć potencjalne zastosowanie w wielu dziedzinach[17] m.in. biotechnologii[18] , nanotechnologii[19], elektronice[20] oraz w produkowaniu energii odnawialnej[21].

Przypisy

edytuj
  1. ↑ Zhenli Zhang, Sharon C. Glotzer. Self-Assembly of Patchy Particles. „Nano Letters”. 4 (8), s. 1407-1413, 24.07.2004. DOI: 10.1021/nl0493500. 
  2. ↑ Yufeng Wang, Yu Wang, Dana R. Breed, Vinothan N. Manoharan, Lang Feng, Andrew D. Hollingsworth, Marcus Weck, David J. Pine. Colloids with valence and specific directional bonding. „Nature”, s. 51-55, 01.11.2012. DOI: 10.1038/nature11564. 
  3. ↑ Chen Q., Whitmer J.K., Jiang S., Bae S.C., Luijten E., Granick S. Supracolloidal reaction kinetics of Janus spheres. „Science”. 331 (6014), s. 199-202, 2011 Jan 14. DOI: 10.1126/science.1197451. 
  4. ↑ a b Chen Q., Bae S.C., Granick S. Directed self-assembly of a colloidal kagome lattice. „Nature”. 469 (7330), s. 381–384, 2011 Jan 20. DOI: 10.1038/nature09713. 
  5. ↑ Sacanna S., Irvine W.T., Chaikin P.M., Pine D.J. Lock and key colloids. „Nature”. 464 (7288), s. 575-8, 2010 Mar 25. DOI: 10.1038/nature08906. 
  6. ↑ Kim S.H., Hollingsworth A.D., Sacanna S., Chang S.J., Lee G., Pine D.J., Yi G.R. Synthesis and assembly of colloidal particles with sticky dimples. „J Am Chem Soc”. 134 (39), s. 16115-8, 2012 Oct 3. DOI: 10.1021/ja305865w. 
  7. ↑ a b c Pawar A.B., Kretzschmar I. Fabrication, assembly, and application of patchy particles. „Macromol Rapid Commun”. 31 (2), s. 150-68, 2010 Jan 18. DOI: 10.1002/marc.200900614. 
  8. ↑ Casagrande, C., Fabre, P., Raphael, E., & Veyssié, M. “Janus beads”: realization and behaviour at water/oil interfaces. „Europhysics Letters”. 9 (3), s. 251-255, 1 June 1989. DOI: 10.1209/0295-5075/9/3/011. 
  9. ↑ de Gennes, P. G. Soft matter (Nobel lecture). „Angewandte Chemie International Edition in English”. 31 (7), s. 842-845, 1992. DOI: 10.1002/anie.199208421. 
  10. ↑ Roh K.H., Martin D.C., Lahann J. Biphasic Janus particles with nanoscale anisotropy. „Nat Mater”. 4 (10), s. 759-63, 2005 Oct. DOI: 10.1038/nmat1486. 
  11. ↑ Nisisako, T., Torii, T., & Higuchi, T. Novel microreactors for functional polymer beads. „Chemical Engineering Journal”. 101 (1-3). s. 23-29. DOI: 10.1038/nmat1486. 
  12. ↑ Manoharan V.N., Elsesser M.T., Pine D.J. Dense packing and symmetry in small clusters of microspheres. „Science”. 301 (5632), s. 483-7, 2003 Jul 25. DOI: 10.1126/science.1086189. 
  13. ↑ a b Li, W., Palis, H., Mérindol, R., Majimel, J., Ravaine, S., & Duguet, E. Colloidal molecules and patchy particles: Complementary concepts, synthesis and self-assembly. „Chemical Society Reviews”. 49 (6), s. 1955-1976, 2020. DOI: 10.1039/C9CS00804G. 
  14. ↑ Bianchi, E., Blaak, R., & Likos, C. N. Patchy colloids: state of the art and perspectives. „Physical Chemistry Chemical Physics”. 13 (14), s. 6397-6410, 2011. DOI: 10.1039/C0CP02296A. 
  15. ↑ Liu, K., Zhao, N., & Kumacheva, E. Self-assembly of inorganic nanorods. „Chemical Society Reviews”. 40 (2), s. 656-671, 2011. DOI: 10.1039/C0CS00133C. 
  16. ↑ Baran, Ł., Tarasewicz, D., Kamiński, D. M., & Rżysko, W. Pursuing colloidal diamonds. „Nanoscale”. 15 (25), s. 10623-10633, 2023. DOI: 10.1039/D3NR01771K. 
  17. ↑ Lee, K. J., Yoon, J., & Lahann, J. Recent advances with anisotropic particles. „Current Opinion in Colloid & Interface Science”. 16 (3), s. 195-202, 2011. DOI: 10.1016/j.cocis.2010.11.004. 
  18. ↑ Nagarwal R.C., Kant S., Singh P.N., Maiti P., Pandit J.K. Polymeric nanoparticulate system: a potential approach for ocular drug delivery. „J Control Release”. 136 (1), s. 2-13, 2009 May 21. DOI: 10.1016/j.jconrel.2008.12.018. 
  19. ↑ Grosse, C., & Delgado, A. V. Dielectric dispersion in aqueous colloidal systems. „Current opinion in colloid & interface science”. 15 (3). s. 145-159. DOI: 10.1016/j.cocis.2009.11.004. 
  20. ↑ Wood V., Panzer M.J., Caruge J.M., Halpert J.E., Bawendi M.G., Bulović V. Air-stable operation of transparent, colloidal quantum dot based LEDs with a unipolar device architecture. „Nano Lett”. 10 (1), s. 24-29, 2010 Jan. DOI: 10.1021/nl902425g. 
  21. ↑ Rhodes, R., Asghar, S., Krakow, R., Horie, M., Wang, Z., Turner, M. L., & Saunders, B. R. Hybrid polymer solar cells: From the role colloid science could play in bringing deployment closer to a study of factors affecting the stability of non-aqueous ZnO dispersions. „Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects”. 343 (1-3), s. 20-56, 2009. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2009.01.028. 
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Cząsteczki_łaciate&oldid=73984124”