“Give me only the material, and I will

Скачать презентацию “Give me only the material, and I will Скачать презентацию “Give me only the material, and I will

25100-ipce_masters_2013_april.ppt

  • Количество слайдов: 61

>

>“Give me only the material, and I will show you how a world is “Give me only the material, and I will show you how a world is to come into being out of it!”

>“MOLECULAR  PUMP” sensing membrane  for selective calcium determination  (LB film of “MOLECULAR PUMP” sensing membrane for selective calcium determination (LB film of mixed monolayers of Ca-ionophore and ODA) Ca-ionophore-BAPTA 1,2-Bis(2-aminiphenoxy)ethane-N,N,N’N’-tetraacetic acid Matrix compound-ODA Octadecylamine + MIXED LB MEMBRANE = CH3(CH2)17NH2 + 1 4

>Analytical figures of merit   a The response of the membrane in solutions Analytical figures of merit a The response of the membrane in solutions of higher calcium concentrations has not been measured b Relative standard deviation for 8 standards, each standard was measured by 5 membranes. RSD increase was observed as calcium concentration increased c Relative standard deviation for 5 membranes measured in standard solution of 10-6M CaCl2

>Optical microscopy image for  17 layer ODA/BAPTA (a, b) and  ODA (c) Optical microscopy image for 17 layer ODA/BAPTA (a, b) and ODA (c) LB membrane immersed into aqueous solution of 10-2 M CaCl2 for 10 s (a), for 1.5 min (b) and 5 min (c)

>

>

>Private LB Club ATTENTION Diffusion is limited! For ions only!  LB “hospitality problem” Private LB Club ATTENTION Diffusion is limited! For ions only! LB “hospitality problem”

>SAM CLUB Free acsess OPEN 24 H Supramolecular Rd. 14 SAM CLUB Free acsess OPEN 24 H Supramolecular Rd. 14

>Love, J. C.; Estroff, L. A.; Kriebel, J. K.; Nuzzo, R. G.; Whitesides, G. Love, J. C.; Estroff, L. A.; Kriebel, J. K.; Nuzzo, R. G.; Whitesides, G. M. Chem. Rev. 2005, 105(4), How to modify SAMs and what for? N. Devaraj, G. Miller, W. Ebina, B. Kakaradov, J. Collman, E. Kool, C. Chidsey J. Am. Chem. Soc, 2005, 127, 8600

>How SAMs serve biology? Studied by impedance spectroscopy The subsequent binding of biotin-labeled strand How SAMs serve biology? Studied by impedance spectroscopy The subsequent binding of biotin-labeled strand to a target followed by the formation of biotin-avidin complex causes the amplification of the signal. Adapted from A. Bardea, F. Patolsky, A. Dagan, I. Willner, Chem. Commun. 1999, 21. Love, J. C. et al. Chem. Rev. 2005, 105(4), 1103. Free volume is required!

>Love, J. C. et al. Chem. Rev. 2005, 105(4), 1103.  K. Motesharei, D. Love, J. C. et al. Chem. Rev. 2005, 105(4), 1103. K. Motesharei, D. C. Myles, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 7328. J. Moore et al. Adv. Mater. 1998, 10, 395. Ag+ How SAMs serve supramolecular chemistry? fluorescent Free volume is a problem! From S. Flink, F. van Veggel, D. Reinhoudt, Adv. Mater. 2000, 12, 15 Why to be very limited?

>David Reindhoudt et al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 126, 51   (Top) David Reindhoudt et al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 126, 51 (Top) SPR titration sensogram for 1 on 2/CD SAM (solid line) and on a CD SAM (dashed line). (Bottom) Change in SPR angle of the monolayer of 2 as a function of the concentration of 1. How SAMs serve supramolecular chemistry?

>From double helix to double plane Silvia Mittleret al. J. Am. Chem. Soc., 2000, From double helix to double plane Silvia Mittleret al. J. Am. Chem. Soc., 2000, 122, 87

>Mesoscopic interface Quasi-2D curved extended, but limited  Surfaces of micelles, bilayers,  vesicles, Mesoscopic interface Quasi-2D curved extended, but limited Surfaces of micelles, bilayers, vesicles, nanoparticles, mesoporous materials Interfaces in surface chemistry Molecular interface 3D-confined Interactions between molecules in solution (bulk phase) Macroscopic interface 2D planar smooth infinite air/water interface water/solid interface monolayers

>PLANAR SUBSRTATES ON A SUBPHASE Supramolecular assemblies in melamine-type monolayers D. Vollhardt et al. PLANAR SUBSRTATES ON A SUBPHASE Supramolecular assemblies in melamine-type monolayers D. Vollhardt et al. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 10849 Growing of H-bonded domains in Langmuir monolayers BAM images

>Initiating matrix (planar array of receptors) Solid support Template monolayer Complementary monolayer Bottom-up self-assembly Initiating matrix (planar array of receptors) Solid support Template monolayer Complementary monolayer Bottom-up self-assembly of double plane Adenosine-5’-triphosphate (ATP) Uridine-5’-triphosphate (UTP)

>Zn2+-cyclen’s binding motives log Kapp = 3.2-3.4 pH 7.6 log Kapp = 3.0-3.3 pH Zn2+-cyclen’s binding motives log Kapp = 3.2-3.4 pH 7.6 log Kapp = 3.0-3.3 pH 7.6 pKa = 7.9 J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 3858 S. Aoki and E. Kimura J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 3068 E. Kikuta et al. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 5426 Zn2+-cyclen complex Imide recognition by Zn2+-cyclen Phosphate monoester binding mode

>2D supramolecular templates for nucleotide self-assembly        2D supramolecular templates for nucleotide self-assembly SAM = 0.32 SAM/LB= 0.75 Gold SAM SAM/LB D.S. Turygin, M. Subat, O.A. Raitman, S.L. Selector, V.V. Arslanov, B. König, M.A. Kalinina* // Langmuir, 2007, 23, 2517. Langmuir monolayer gold-covered SPR-plate C8H17SH/ C2H5OH supporting SAM + SAM/LB matrix

>Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (basic principle) Dq ~Dn~Dc source detector Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (basic principle) Dq ~Dn~Dc source detector

>Cytidine 5′-triphosphate (CTP) Adenosine-5’-triphosphate (ATP) Uridine-5’-triphosphate (UTP) Guanosine 5′-triphosphate (GTP) Watson-Crick complementary pairing Cytidine 5′-triphosphate (CTP) Adenosine-5’-triphosphate (ATP) Uridine-5’-triphosphate (UTP) Guanosine 5′-triphosphate (GTP) Watson-Crick complementary pairing

>Cnucleotides = 0.02 mM Turygin D.S., Subat M., Raitman O.A., Arslanov V.V., Konig B., Cnucleotides = 0.02 mM Turygin D.S., Subat M., Raitman O.A., Arslanov V.V., Konig B., *Kalinina M.A. // Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 5340. SPR-monitored selection of Watson-Crick pairs (complementary binding pattern) pH 7.3-7.5 1xCTP 2xGTP 1xCTP

>Possible origin of binding cooperativity Watson-Crick  pairs  stabilize intermediate interactions! Possible origin of binding cooperativity Watson-Crick pairs stabilize intermediate interactions!

>

>LB patterning via soft gel lithography agarose stamp H2O + KJ Ag+ Ag+ Ag+ LB patterning via soft gel lithography agarose stamp H2O + KJ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ A A A Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ B B Ag+ +J-= AgJ Ag+ A A A Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ B B UV removal of the organic phase + Ag reduction A A A B B arrays of silver nanoparticles patterned surface

>100 mm 100 mm

>

>silicon surface (stamp’s  “photo”)  10 mm arrays of silver  nanoparticles external silicon surface (stamp’s “photo”) 10 mm arrays of silver nanoparticles external cell profile

>How many aggregated phases do you know for 3D world? And how many for How many aggregated phases do you know for 3D world? And how many for 2D?

>Two-Dimensional Phases of Aliphatic Chain Derivatives A generic phase diagram showing all monolayer Two-Dimensional Phases of Aliphatic Chain Derivatives A generic phase diagram showing all monolayer phases for which either experimental or theoretical evidence exist Top view of the lamellar packing and categorizing the observed phases in terms of the tilt and distortion azimuth I.R.Peterson and R.M.Kenn, Langmuir, 1994, 10, 4645 NN – tilt or distortion toward the nearest neighbor; NNN - tilt or distortion toward the next nearest neighbor; U – undefined (upright or undistorted); I – intermediate.

>Irving Langmuir,  JACS, 1917, 39, 1848–1857.  Монослой Ленгмюра Пленка  Ленгмюра-Блоджетт К Irving Langmuir, JACS, 1917, 39, 1848–1857. Монослой Ленгмюра Пленка Ленгмюра-Блоджетт К = DSмонослой/Sсубстрат К ≈1 (0.8< Клит <1.1) Монослои и пленки Ленгмюра-Блоджетт: устойчивость, но не равновесие! Pi =const

>cубфаза Mонослои Ленгмюра в контакте с твердым субстратом Дифильная молекула ПАВ II Движущаяся плоская cубфаза Mонослои Ленгмюра в контакте с твердым субстратом Дифильная молекула ПАВ II Движущаяся плоская подложка (линейный контакт) Коллоидный субстрат (двумерный контакт) измерительная пластина Вильгельми подвижный барьер монослой Ленгмюра

>Cубстрат-индуцированная конденсация в монослоях фосфолипидов Karl Spratte and Hans Reigler Langmuir 1994, 10, 3161. Cубстрат-индуцированная конденсация в монослоях фосфолипидов Karl Spratte and Hans Reigler Langmuir 1994, 10, 3161.

>Двумерное паттернирование поверхности монослоями  фосфолипидов (DPPC/DOEPC/DLPC/DMPC) M. Gleiche, L. F Chi and H. Двумерное паттернирование поверхности монослоями фосфолипидов (DPPC/DOEPC/DLPC/DMPC) M. Gleiche, L. F Chi and H. Fuchs, Nature 2000, 403, 173; X. Chen, S. Lenhert, M. Hirtz, N. Lu, L. F Chi and H. Fuchs Acc. Chem. Res. 2007, 40, 393–401

>Механизм неравновесного образования 2D-паттернов фосфолипидов (DPPC/DOEPC/DLPC/DMPC)  Raudino and B. Pignataro Phys. Chem. Chem. Механизм неравновесного образования 2D-паттернов фосфолипидов (DPPC/DOEPC/DLPC/DMPC) Raudino and B. Pignataro Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12, 14848 Качественная «диаграмма состояния» неравновесных 2D-паттернов DMPC

>Условия образования 2D-паттерна  1) Высокая адгезия («притяжение») материала монослоя    Условия образования 2D-паттерна 1) Высокая адгезия («притяжение») материала монослоя к подложке 2) Предорганизация монослоя в окрестностях области неустойчивости 3) Неравновесное состояние монослоя вблизи движущейся ЛТК Любой монослой Ленгмюра – потенциальный неравновесный паттерн!

>Коллапс – область неустойчивости  => возможность cамоорганизации 2D-3D паттерна Коллапс – область неустойчивости => возможность cамоорганизации 2D-3D паттерна

>Смешанные монослои стеариновой кислоты и октадециламина – подходящий объект для 2D-3D паттернирования! Микрофотографии БАМ Смешанные монослои стеариновой кислоты и октадециламина – подходящий объект для 2D-3D паттернирования! Микрофотографии БАМ монослоев СК, ОДА и СК/ОДА (размер кадра 50 микрон)

>Субстрат-индуцированное 2D-3D паттернирование поверхности  смешанными монослоями СК/ОДА Image size 1200x900 mm V 15-20 Субстрат-индуцированное 2D-3D паттернирование поверхности смешанными монослоями СК/ОДА Image size 1200x900 mm V 15-20 мм/мин V 50 мм/мин АСМ-профили поверхности 2- и 6-слойного ПЛБ-паттернов E. Lomova, D. Turygin, A. Ezhov, V. Arslanov, M. Kalinina J. Phys. Chem. B, 2009, 113, 8581–8587

>

>30 mm Области сосуществования упорядоченной и хаотической фракций  в 2D и 2D-3D паттернах 30 mm Области сосуществования упорядоченной и хаотической фракций в 2D и 2D-3D паттернах Raudino and B. Pignataro J. Phys. Chem B., 2007, 111, 9189 Maria A. Kalinina et al. 2009 (unpublished)

>Ортогональные полислойные 2D-3D паттерны – контролируемая неравновесная сборка    Raudino and B. Ортогональные полислойные 2D-3D паттерны – контролируемая неравновесная сборка Raudino and B. Pignataro Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12, 14848

>Механизм 2D-3D паттернирования  методом Ленгмюра-Блоджетт Механизм 2D-3D паттернирования методом Ленгмюра-Блоджетт

>Метод Ленгмюра-Блоджетт Метод Ленгмюра-Блоджетт

>СЭМ  изображение 2D-3D паттерна (15 слоев), масштаб 30 μm Старение (релаксация) 2D-3D смешанных СЭМ изображение 2D-3D паттерна (15 слоев), масштаб 30 μm Старение (релаксация) 2D-3D смешанных паттернов = Оптические микрофотографии поверхности с 15-слойным паттерном через 1.5 месяца после формирования Микрофотография монослоя СК/ОДА, коллапсирующего на поверхности воды

>Sasha Sasha

>Субстрат-индуцированная конденсация  монослоев Ленгмюра на поверхности коллоидных растворов смешанный монослой СК/ОДА на Субстрат-индуцированная конденсация монослоев Ленгмюра на поверхности коллоидных растворов смешанный монослой СК/ОДА на поверхности цитрат-стабилизированного гидрозоля золота (-) (-) (-)

>СК СК/ОДА ОДА Изотермы сжатия монослоев СК, ОДА и СК/ОДА (0.4:0.6) на поверхности гидрозоля СК СК/ОДА ОДА Изотермы сжатия монослоев СК, ОДА и СК/ОДА (0.4:0.6) на поверхности гидрозоля золота Поведение индивидуальных и смешанных монослоев СК и ОДА на поверхности гидрозоля золота Кинетика падения поверхностного давления в монослоях ОДА (1) и СК/ОДА (2), p0=30мН/м Спектры поглощения монослоев ОДА и СК/ОДА на поверхности гидрозоля, tr=15 мин D. Babenko, D. Turygin, A, Ezhov, V. Ivanov, V. Arslanov and M. Kalinina* Langmuir, 2012, 28 (1), 125–133

>Фаза 2 Фаза 2

>

>-Уменьшение скорости растекания  -Конденсация ПАВ в каплях  Образование адсорбционного барьера из наночастиц, -Уменьшение скорости растекания -Конденсация ПАВ в каплях Образование адсорбционного барьера из наночастиц, препятствующего растеканию Коллоидное «охлаждение» смешанного монослоя

>Фаза 1 Фаза 1

>Субстрат-индуцированная конденсация  Двумерный коллоидный  «мыльный» гель Субстрат-индуцированная конденсация Двумерный коллоидный «мыльный» гель

>Смешанный монослой на твердой подложке  Монослой на поверхности жидости  Фрактальная морфология двумерного Смешанный монослой на твердой подложке Монослой на поверхности жидости Фрактальная морфология двумерного «мыльного геля»: микро versus макро

>Двумерная коллоидная гелевая фаза на различных подложках Двумерная коллоидная гелевая фаза на различных подложках

>-адсорбция частиц к монослою   -усадка монослоя  (образование би- и полислоев -адсорбция частиц к монослою -усадка монослоя (образование би- и полислоев жирной соли) конденсация монослоя сближение наночастиц -агрегация в цепочки или 2D-кластеры -образование сетки геля (агрегация цепочек) Механизм субстрат-индуцированного образования двумерных коллоидных «мыльных» гелей -схлопывание ячеек (?)

>Разрушение двумерного геля на поверхности жидкости и при контакте с твердой поверхностью  В Разрушение двумерного геля на поверхности жидкости и при контакте с твердой поверхностью В светлом поле В темном поле 3 5 7 9 19

>гидрозоль кремнезема  гидрозоль оксида церия смешанные гидрозоли Субстрат-индуцированная конденсация  двумерных коллоидных гелей: гидрозоль кремнезема гидрозоль оксида церия смешанные гидрозоли Субстрат-индуцированная конденсация двумерных коллоидных гелей:

>Nastya Nastya

>Thanks Boring everyday work   Prof. Vladimir Arslanov Dr. Sophia Selector Dr. Larisa Thanks Boring everyday work Prof. Vladimir Arslanov Dr. Sophia Selector Dr. Larisa Sheinina Dr. Yulia Gorbunova Dr. Oleg Raitman Dr.Dmitry Turygin Artem Klubin Elizaveta Lomova Anastasia Dubas Maria Karpacheva Denis Babenko Fruitful cooperation Elegant synthetic work Exiting brainstorming Prof. Burkhard Koenig Dr. Michael Subat and every person involved from German side Highly appreciated financial assistance RFBR RAS Department of Chemistry and Material Science (Program nos.7 headed by Prof. A. Konovalov)

>