Realizzazione e caratterizzazione di sistemi nanostrutturati realizzati su stampi di CaCO3
Autore
Davide Cavanna - Università degli studi di Genova - [2003-04]
Documenti
Abstract
Negli ultimi dieci anni si sono registrati notevoli progressi nel campo dei materiali nanostrutturati. La tecnica Layer-by-Layer (LbL) introdotta da Decher e Hong circa dieci anni fa, come una tecnica semplice e universale di autoassemblaggio di polimeri carchi mediante interazioni elettrostatiche, è stata recentemente estesa alla ricopertura di particelle colloidali di dimensioni comprese tra i 100 nanometri e le decine di micron [1]. Il successivo scioglimento ed eliminazione delle particelle colloidali (cores), porta alla formazione di gusci polimerici vuoti, molto stabili [2].
Per molte applicazioni è necessario modificare le proprietà chimiche e fisico-chimiche delle nanocapsule. Per modificazioni chimiche si intende la possibilità di variare la carica, l’idrofilicità, o le proprietà meccaniche del “wall”, attraverso reazioni sulla parete della nanocapsula o al suo interno. Le modificazioni fisico-chimiche, invece, si riferiscono alla possibilità di influenzare la morfologia e le proprietà fisiche del “wall” (permeabilità, rigidità, dimensioni, forma), mediante variazioni della forza ionica, del pH [22] e della temperatura [21].
Un passo cruciale, durante la preparazione delle nanocapsule, che può influenzare irreversibilmente le proprietà del multistrato, è lo scioglimento del core.
I primi studi finalizzati a indagarne le proprietà, sono stati condotti su nanocapsule costruite su core di melamine formaldeide. Tali particelle risultano solubili con alcuni solventi organici (DMA) o a pH inferiori a 1,6. Il peso molecolare dei prodotti finali, può variare dai 4 ai 14 KDa, di conseguenza si ha una forte pressione osmotica sulle pareti della nanocapsula durante lo scioglimento, che può danneggiare irreversibilmente il “wall”. Inoltre, i prodotti finali dello scioglimento della MF, possono formare complessi con i polielettroliti del multistrato, cambiando le proprietà chimiche della parete.
Si è scelto, pertanto, di spostare l’attenzione su altri tipi di core, come i cristalli inorganici tipo , che non influenzano le proprietà chimiche e meccaniche del “wall”. Essendo, infatti, i prodotti finali dello scioglimento, semplici ioni, non formano nessun complesso con i polielettroliti del multistrato, ed inoltre non creano un’eccessiva pressione osmotica sulle pareti della nanocapsula.
In questo lavoro di tesi, capsule piene e vuote sono state preparate facendo adsorbire alternativamente il polianione Poli(4-stirene-sulfonato), sale sodico (PSS) e il policatione Poli(allil-amina) cloridrato (PAH) su particelle di . Successivamente, si sono indagate le proprietà chimico-fisiche di tali nanocapsule approfondendo in particolare permeabilità, dimensioni, forma, al variare della concentrazione di sale, del pH e del numero degli strati. Le tecniche di caratterizzazione impiegate sono state la microscopia confocale ad eccitazione a singolo fotone per l’analisi di campioni idratati, che quindi mantengono la loro struttura tridimensionale, e il microscopio a forza atomica (AFM) su capsule vuote disidratate e appiattite. Si è in tal caso sfruttata l’alta risoluzione dell’AFM per ricavare informazioni sulla morfologia della superficie e sullo spessore del multistrato.
Per molte applicazioni è necessario modificare le proprietà chimiche e fisico-chimiche delle nanocapsule. Per modificazioni chimiche si intende la possibilità di variare la carica, l’idrofilicità, o le proprietà meccaniche del “wall”, attraverso reazioni sulla parete della nanocapsula o al suo interno. Le modificazioni fisico-chimiche, invece, si riferiscono alla possibilità di influenzare la morfologia e le proprietà fisiche del “wall” (permeabilità, rigidità, dimensioni, forma), mediante variazioni della forza ionica, del pH [22] e della temperatura [21].
Un passo cruciale, durante la preparazione delle nanocapsule, che può influenzare irreversibilmente le proprietà del multistrato, è lo scioglimento del core.
I primi studi finalizzati a indagarne le proprietà, sono stati condotti su nanocapsule costruite su core di melamine formaldeide. Tali particelle risultano solubili con alcuni solventi organici (DMA) o a pH inferiori a 1,6. Il peso molecolare dei prodotti finali, può variare dai 4 ai 14 KDa, di conseguenza si ha una forte pressione osmotica sulle pareti della nanocapsula durante lo scioglimento, che può danneggiare irreversibilmente il “wall”. Inoltre, i prodotti finali dello scioglimento della MF, possono formare complessi con i polielettroliti del multistrato, cambiando le proprietà chimiche della parete.
Si è scelto, pertanto, di spostare l’attenzione su altri tipi di core, come i cristalli inorganici tipo , che non influenzano le proprietà chimiche e meccaniche del “wall”. Essendo, infatti, i prodotti finali dello scioglimento, semplici ioni, non formano nessun complesso con i polielettroliti del multistrato, ed inoltre non creano un’eccessiva pressione osmotica sulle pareti della nanocapsula.
In questo lavoro di tesi, capsule piene e vuote sono state preparate facendo adsorbire alternativamente il polianione Poli(4-stirene-sulfonato), sale sodico (PSS) e il policatione Poli(allil-amina) cloridrato (PAH) su particelle di . Successivamente, si sono indagate le proprietà chimico-fisiche di tali nanocapsule approfondendo in particolare permeabilità, dimensioni, forma, al variare della concentrazione di sale, del pH e del numero degli strati. Le tecniche di caratterizzazione impiegate sono state la microscopia confocale ad eccitazione a singolo fotone per l’analisi di campioni idratati, che quindi mantengono la loro struttura tridimensionale, e il microscopio a forza atomica (AFM) su capsule vuote disidratate e appiattite. Si è in tal caso sfruttata l’alta risoluzione dell’AFM per ricavare informazioni sulla morfologia della superficie e sullo spessore del multistrato.
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