Surface de silice

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La silice est un revêtement polyvalent qui présente une large applicabilité pour de nombreuses applications. La capacité de nanoComposix à manipuler les propriétés des coquilles de silice permet l’ingénierie de structures très sophistiquées et est considérée comme l’une de nos compétences clés. Les revêtements de silice sont un réseau amorphe de silicium et d’oxygène qui encapsule la particule avec un revêtement pouvant atteindre plusieurs nanomètres d’épaisseur. La silice est ajoutée à la surface des particules via la condensation catalysée par une base de divers silanes, généralement des alcoxysilanes tels que le tétraéthyléthoxysilane (TEOS). C'est ce qu'on appelle la croissance Stöber. Grâce à la sélection de différents silanes, différentes fonctionnalités chimiques peuvent être intégrées à l'intérieur et à la surface du revêtement de silice.

De plus, la porosité de la surface de la silice peut être modifiée par l'ajout de diverses molécules modèles qui peuvent ensuite être éliminées, donnant naissance à des pores. Par exemple, des coques de silice mésoporeuse peuvent être formées en utilisant des tensioactifs tels que le bromure de cétyltriméthylammonium (CTAB).

Les particules enrobées de silice ont une bonne stabilité saline et constituent l'un des meilleurs revêtements pour préserver les propriétés optiques des nanoparticules métalliques lorsqu'elles sont intégrées dans des composites et des revêtements, agissant comme une couche stérique isolante qui empêche les plasmons de surface des particules d'interagir avec d'autres particules même lorsque le les particules elles-mêmes peuvent être en contact physique.

Grâce à l'incorporation d'autres silanes, la surface de la silice peut être rendue hydrophobe. Il est important de noter que la silice à la surface des particules cultivées par Stöber peut être assez labile et peut se dissoudre en espèces d’acide silicique. L'hydrolyse incomplète des précurseurs de silane peut favoriser cette dissolution. Bien que cela puisse uniquement entraîner la perte de certaines couches superficielles, si ces couches contiennent les groupes fonctionnels d’intérêt, les particules peuvent perdre leurs propriétés. Pour les applications où la stabilité de la coque en silice dans les solutions aqueuses est importante, nous recommandons fortement d'utiliser des coques en aluminosilicate au lieu de la silice. N'importe quelle coque de silice peut être transformée en coque d'aluminosilicate via une méthode exclusive basée sur une solution (brevet nanoComposix US 9 675 953). 

Avantages

  • Dispersif dans une large gamme de solvants avec un haut degré de stabilité
  • Conserver les propriétés optiques des nanoparticules métalliques du noyau lorsqu'elles sont intégrées dans des composites et des revêtements
  • Peut être séché et redispersé sans agglomération
  • Permet de modifier les surfaces des particules avec un contrôle exquis et une large gamme de fonctionnalités
  • Permet l’ingénierie d’agrégats contrôlés

Source représentative : orthosilicate de tétraéthyle (Sigma Aldrich, 333859)

Points forts de la propriété

  • Non déplaçable : fortement lié à la surface des particules
  • Négativement chargé
  • Point isoélectrique : ~3
  • Compatible avec les solvants polaires

Applications

  • Applications du biodiagnostic et de la nanomédecine
  • Applications photothermiques
  • Applications de couleur
  • Agrégation contrôlée

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 à coque de silice. Ces données ont été générées par titrage manuel utilisant HCl et NaOH et mesure ultérieure du potentiel zêta.

  • Remarque : Les nanoparticules de SiO2 ont un comportement IEP similaire à celui des particules d'or recouvertes de silice représentées dans les données ci-dessus.

Les nanoparticules enrobées de silice ont de faibles IEP, 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

En présence d'une concentration de sel suffisamment élevée, la charge superficielle des particules en solution peut être protégée par les ions dissous, conduisant à une stabilité colloïdale réduite. Les ions en solution empêchent les charges similaires de se repousser aussi facilement. Pour chaque type de particule, la concentration en sel à laquelle se produit cette déstabilisation colloïdale peut être différente.

Le tableau ci-dessus fournit le spectre UV-visible de nanoparticules de 40 nm à coque de silice dans différentes concentrations de solution de chlorure de sodium (NaCl). Les échantillons ont été préparés en dopant des solutions séparées de nanoparticules avec du NaCl aux concentrations indiquées et en laissant la solution résultante incuber. pendant 10 minutes avant la mesure UV-Vis.

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 à 1 100 nm).

Une déstabilisation importante des particules devient apparente à 50 mM de NaCl. À cette concentration, une diminution de l'absorbance à 520 nm est observée et un large pic secondaire aux longueurs d'onde plus élevées apparaît en raison de la présence d'agrégats.

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.

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