Surface de polyvinylpyrrolidone (PVP)

La PVP (polyvinylpyrrolidone) est un gros polymère qui s'associe à la surface des particules par le biais des forces de Van der Waals et du transfert de charge du ligand métallique. La molécule PVP de 40 kDa n'est pas facilement déplacée par d'autres molécules et offre une excellente stabilité stérique. C’est un excellent choix pour les particules qui peuvent être exposées à une large gamme de conditions de sel, de pH et de solvants. La PVP est fabriquée à partir du monomère n-vinylpyrrolidone. Chez nanoComposix, nous utilisons généralement une version de 40 kDa qui empêche les particules d'entrer directement en contact et de s'agréger lorsque les conditions de la solution changent ou lorsque les particules sont séchées sur un substrat ou un film mince.

Beaucoup de nos matériaux stabilisés par PVP sont également disponibles sous forme de poudres séchées qui peuvent être facilement dispersées dans une grande variété de solvants. Voir liste des solvants compatibles.

Avantages

  • Fournit une surface de particules stable dans une variété de solvants différents. Bien qu'il soit possible de remplacer le PVP par des molécules contenant des thiols ou des amines, d'autres surfaces telles que le citrate sont plus adaptées à l'échange de ligands.

Source représentative :  Polyvinylpyrollidone (Millipore Sigma / Calbiochem, 5295)

Points forts de la propriété

  • Déplaçable : Le PVP est moins déplaçable que d'autres surfaces telles que le citrate, le carbonate ou l'acide tannique.
  • Chargé négativement
  • Point isoélectrique : < 3
  • Excellente stabilité au sel : Stable dans les solutions hautement salines
  • Toxicité : Généralement considéré comme sûr et faiblement toxique
  • Compatibilité des solvants : Eau, éthanol, chloroforme, de nombreux autres solvants polaires

Applications

  • Ingénierie des couleurs
  • Lyophilisation/séchage

Charge de surface

Voir ci-dessus pour une courbe représentative du potentiel zêta-pH ou du point isoélectrique (IEP) pour les nanoparticules d'or de 40 nm coiffées de PVP. Ces données ont été générées par titrage manuel utilisant HCl et NaOH et mesure ultérieure du potentiel zêta.

Les nanoparticules coiffées de PVP ont des IEP très faibles, ce qui signifie qu'elles restent chargées négativement, sauf dans les plages de pH les plus acides (<3). L'ampleur de la charge négative augmente régulièrement à mesure que le pH devient plus basique jusqu'à environ 10, lorsqu'il commence à devenir plus neutre, probablement en raison de la suppression électrique de la double couche due à un contenu ionique élevé.

  • Nous avons démontré que pour les particules d’or et d’argent bPEI et coiffées de citrate de 40 nm, les courbes IEP sont très similaires. Cela devrait permettre de disposer d’une base raisonnable pour comparer le potentiel zêta des nanoparticules d’argent avec les données ci-dessus basées sur les nanoparticules d’or.
  • Pour plus d'informations sur le potentiel zêta et la théorie IEP, cliquez ici .

Stabilité du sel

Si les nanoparticules sont stables à la concentration en sel donnée, nous nous attendons à ce que le spectre reste le même avec une absorbance optique équivalente à la résonance du plasmon d'or de 520 nm à celle de la solution de particules pures sans sel. Si les particules ont commencé à s'agréger, nous nous attendons à ce que cela se reflète dans le spectre avec une diminution du pic du plasmon de surface à 520 nm et une augmentation aux longueurs d'onde plus longues auxquelles les agrégats absorbent (700 à 1 100 nm).

Si les nanoparticules sont stables à la concentration en sel donnée, nous nous attendons à ce que le spectre reste le même que celui des nanoparticules dans l'eau pure, avec une forte absorbance optique du plasmon à 520 nm. Si les particules ont commencé à s'agréger, nous nous attendons à ce que cela se reflète dans le spectre avec une diminution du pic du plasmon de surface à 520 nm et une augmentation de l'absorbance aux longueurs d'onde plus longues auxquelles les agrégats absorbent (700-1 100 nm).

Les particules sont stables dans une solution saline saturée, c'est l'une des surfaces les plus stables au sel proposées chez nanoComposix.

On peut généralement s’attendre à ce que les nanoparticules d’argent (d’une surface donnée) aient une stabilité saline inférieure à celle de leurs homologues en or.

Sélection de solvant

Pour redisperser les particules, nous vous recommandons d'ajouter un solvant approprié du tableau ci-dessous à la poudre séchée et de procéder à une sonication pendant 30 secondes. Après redispersion, les échantillons doivent être conservés à 4°C et à l'abri de la lumière, comme décrit dans nosinstructions de stockage et de manipulation .

Indice de réfraction du solvant, n Solubilité des nanopoudres
Eau 1.34 Haut
Méthanol 1.33 Haut
Éthanol 1.36 Haut
Isopropanol 1.38 Haut
DMF 1.43 Haut
DMSO 1.48 Haut
Chloroforme 1.45 Moyen
Acétonitrile 1.34 Faible
Dichlorométhane 1.42 Faible
THF 1.41 Aucun
Hexane 1.38 Aucun
Sonnerviens 1.50 Aucun

Effet du solvant sur les propriétés optiques des nanoparticules

La spectroscopie UV-visible peut être utilisée pour détecter la présence d'une agrégation ou des changements dans la taille des particules ; de tels effets sont facilement observés dans le spectre d'absorption sous la forme d'un changement dans la largeur du pic du plasmon et/ou de l'apparition d'un pic secondaire décalé vers le rouge par rapport au pic du plasmon. Des dispersions de nanoparticules d'argent recouvertes de PVP d'un diamètre de 10 nm, 50 nm et 100 nm ont été séchées sous forme de poudre et remises en suspension dans divers solvants. Le spectre d'absorption de l'échantillon remis en suspension est comparé à celui de la dispersion aqueuse d'origine dans les figures ci-dessous.

UV-visible spectra of Ag-PVP nanopowders redispersed in water

Spectres UV-visibles de nanopoudres Ag-PVP redispersées dans l'eau (n=1,33)

UV-visible spectra of Ag-PVP nanopowders redispersed in methanol

Spectres UV-visible de nanopoudres Ag-PVP redispersées dans du méthanol (n=1,33)

UV-visible spectra of Ag-PVP nanopowders redispersed in ethanol

Spectres UV-visible de nanopoudres Ag-PVP redispersées dans l'éthanol (n=1,36)

UV-visible spectra of Ag-PVP nanopowders redispersed in isopropanol

Spectres UV-visible de nanopoudres Ag-PVP redispersées dans l'isopropanol (n=1,38)

UV-visible spectra of Ag-PVP nanopowders redispersed in dimethylformamide

Spectres UV-visible de nanopoudres Ag-PVP redispersées dans du diméthylformamide (n=1,43)

UV-visible spectra of Ag-PVP nanopowders redispersed in chloroform

Spectres UV-visible de nanopoudres Ag-PVP redispersées dans le chloroforme (n=1,45)

UV-visible spectra of Ag-PVP nanopowders redispersed in dimethyl sulfoxide

Spectres UV-visibles de nanopoudres Ag-PVP redispersées dans du diméthylsulfoxyde (n=1,48)

Comme indiqué ci-dessus, la redispersion des nanopoudres dans l’eau et le méthanol est presque parfaite, sans différence perceptible dans les spectres optiques avant et après séchage. Pour les autres solvants, il existe des différences dans le spectre optique. Cependant, la majorité de la différence dans le spectre des particules redispersées est due à la différence d’indice de réfraction entre l’eau et le nouveau solvant et est bien prédite par la théorie. Par exemple, les calculs de diffusion Mie des spectres optiques prédits pour des nanoparticules d'argent de 10, 50 et 100 nm de diamètre dans l'eau (indice de réfraction du solvant, n = 1,33) et dans le chloroforme (n = 1,45) sont indiqués ci-dessous.

Calculated absorbance spectra for Ag nanoparticles dispersed in water

Spectres d'absorbance calculés pour les nanoparticules d'Ag dispersées dans l'eau (indice de réfraction n = 1,33) ou dans le chloroforme (n = 1,45). Les caractéristiques plasmoniques se déplacent et s'élargissent en raison d'une augmentation de l'indice de réfraction du solvant.

Dans chaque cas, les changements de position des pics et l'étendue des caractéristiques du plasmon observés sur la figure 1 en raison du transfert de solvant concordent bien avec la théorie. Seule la très petite caractéristique secondaire à environ 650 nm dans l'échantillon de 50 nm et le léger élargissement de la queue dans l'échantillon de 100 nm indiquent de faibles niveaux d'agglomération.

En général, à mesure que l’indice de réfraction du solvant augmente, le spectre d’extinction des nanoparticules se déplace vers des longueurs d’onde plus longues (appelé décalage vers le rouge). La figure ci-dessous compare la longueur d'onde maximale du plasmon pour des nanoparticules d'Ag de 10 nm, 50 nm et 100 nm de diamètre dans différents solvants (symboles) avec la valeur prédite de la théorie de Mie (lignes pointillées). Il existe un excellent accord entre la théorie et l'expérience, démontrant le décalage linéaire de la longueur d'onde du pic du plasmon avec l'augmentation de l'indice de réfraction du solvant.

Comparison of the plasmon peak wavelength for 10 nm, 50 nm and 100 nm diameter Ag nanoparticles in different solvents

Comparaison de la longueur d'onde maximale du plasmon pour des nanoparticules d'Ag de 10 nm, 50 nm et 100 nm de diamètre dans différents solvants (symboles) avec la valeur prédite de la théorie de Mie (lignes pointillées). Il existe un excellent accord entre la théorie et l'expérience, démontrant le décalage linéaire de la longueur d'onde du pic du plasmon avec l'augmentation de l'indice de réfraction du solvant.

Effet du solvant sur le rayon hydrodynamique des nanoparticules

En plus de la spectroscopie UV-visible, la diffusion dynamique de la lumière (DLS) peut être utilisée pour vérifier l'état d'agglomération d'une dispersion de nanoparticules. Le tableau ci-dessous répertorie le diamètre hydrodynamique moyen déterminé via DLS pour la nanopoudre Ag de 50 nm de diamètre redispersée dans différents solvants. Alors que la taille du colloïde Ag mesurée via TEM est de 50 nm de diamètre, le diamètre hydrodynamique mesuré par DLS donne une taille de particule apparente influencée par le revêtement PVP et l'interaction entre le revêtement polymère et le solvant.

Diamètre hydrodynamique (nm)
Eau 66.1
Méthanol 69.4
Éthanol 76.4
Isopropanol 84.8
DMF 65.1
DMSO 71.7

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