900 resultados para POLYELECTROLYTE MULTILAYER
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Fabrication of ultrathin polymer composite films with low dielectric constants has been demonstrated. Octa( aminophenyl) silsesquioxane (OAPS) was synthesized and assembled with poly( acrylic acid) (PAA) and poly( styrene sulfonate) (PSS) via a layer-by-layer electrostatic self-assembly technique to yield nanoporous ultrathin films. The OAPS was soluble in water at pH 3 or lower, and suitable pH conditions for the OAPS/PAA and OAPS/PSS assemblies were determined. The multilayer formation process was studied by contact angle analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy, quartz crystal microgravimetry, UV-vis spectroscopy, and ellipsometry. The multilayer growth was found to be steady and uniform, and the analysis of the film surface revealed a rough topography due to OAPS aggregates. The incorporation of porous OAPS molecules into the thin films significantly lowered their dielectric constants. The OAPS/PAA multilayer thin film thus prepared exhibited a dielectric constant of 2.06 compared to 2.58 for pure PAA film. The OAPS/PAA multilayer film was heated to effect cross-linking between the OAPS and the PAA layers, and the transformation was verified by reflection-absorption Fourier transform infrared spectroscopy.
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Novel Au-Pt bimetallic flower nanostructures fabricated on a polyamidoamine dendrimers-modified surface by electrodeposition are reported. These polyamidoamine dendrimers were stable, and they assisted the formation of Au-Pt bimetallic nanoflowers during the electrodeposition process. These nanoflowers were characterized by field-emitted scanning electron microscopy (FE-SEM), energy-dispersive spectroscopy (EDS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction, and electrochemical methods. FE-SEM images showed that the bimetallic nanoflower included two parts: the "light" and the "pale" part. The two parts consisted of many small bimetallic nanoparticles, which was attributed to the progressive nucleation process. Moreover, the "light" part contained more bimetallic nanoparticles. The morphologies of bimetallic nanoflowers depended on the electrodeposition time and potential and the layer number of assembled dendrimers. The average size of nanoflowers increased with the increase in electrodeposition time. The layer number of assembled dendrimers obviously affected the size and morphologies of the "pale" parts of deposited nanoflowers.
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A layer-by-layer (LbL) adsorption and polymerization method was developed for the controllable preparation of polypyrrole (PPy) nanoparticles within ultrathin films. By repetitive adsorption of pyrrole and subsequent polymerization with 12-molybdophosphoric acid, the polyelectrolyte multilayer films containing PPy nanoparticles were fabricated. UV-visible absorption spectrocopy, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM) and cyclic voltammograras (CVs) were used to characterize the PPy nanoparticles and their multilayer thin films. UV-visible spectra indicate that the growth of PPy nanoparticles was regular and occurred within the polyelectrolyte films. The size of prepared PPy nanoparticles was found by TEM to increase with the increasing of polymerization cycles. The electrochemistry behavior of the multilayer thin films was studied in detail on ITO. The results suggest that the LbL adsorption and polymerization method developed herein provides an effective way to prepare PPy nanoparticles in the polymer matrix.
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The control of size and shape of metallic nanoparticles is a fundamental goal in nanochemistry, and crucial for applications exploiting nanoscale properties of materials. We present here an approach to the synthesis of gold nanoparticles mediated by glucose oxidase (GOD) immobilized on solid substrates using the Layer-by-Layer (LbL) technique. The LbL films contained four alternated layers of chitosan and poly(styrene sulfonate) (PSS), with GOD in the uppermost bilayer adsorbed on a fifth chitosan layer: (chitosan/PSS)(4)/(chitosan/GOD). The films were inserted into a solution containing gold salt and glucose, at various pHs. Optimum conditions were achieved at pH 9, producing gold nanoparticles of ca. 30 nm according to transmission electron microscopy. A comparative study with the enzyme in solution demonstrated that the synthesis of gold nanoparticles is more efficient using immobilized GOD. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.
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Tissue engineering is an important branch of regenerative medicine that uses cells, materials (scaffolds), and suitable biochemical and physicochemical factors to improve or replace specific biological functions. In particular, the control of cell behavior (namely, of cell adhesion, proliferation and differentiation) is a key aspect for the design of successful therapeutical approaches. In this study, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) fiber mats were prepared using the electrospinning technology (the fiber diameters were in the micrometer range). Furthermore, the electrospun fiber mats thus formed were functionalized using the layer-by- layer (LbL) technique with chitosan and alginate (natural and biodegradable polyelectrolytes having opposite charges) as a mean for the immobilization of pDNA/dendrimer complexes. The polyelectrolyte multilayer deposition was confirmed by fluorescence spectroscopy using fluorescent-labeled polyelectrolytes. The electrospun fiber mats coated with chitosan and alginate were successfully loaded with complexes of pDNA and poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers (generation 5) and were able of releasing them in a controlled manner along time. In addition, these mats supported the adhesion and proliferation of NIH 3T3 cells and of human mesenchymal stem cells (hMSCs) in their surface. Transfection experiments using a pDNA encoding for luciferase showed the ability of the electrospun fiber mats to efficiently serve as gene delivery systems. When a pDNA encoding for bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) was used, the osteoblastic differentiation of hMSCs cultured on the surface of the mats was promoted. Taken together, the results revealed that merging the electrospinning technique with the LbL technique, can be a suitable methodology for the creation of biological active matrices for bone tissue engineering.
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In dieser Arbeit werden Strukturen beschrieben, die mit Polymeren auf Oberflächen erzeugt wurden. Die Anwendungen reichen von PMMA und PNIPAM Polymerbürsten, über die Restrukturierung von Polystyrol durch Lösemittel bis zu 3D-Strukturen, die aus PAH/ PSS Polyelektrolytmultischichten bestehen. Im ersten Teil werden Polymethylmethacrylat (PMMA) Bürsten in der ionischen Flüssigkeit 1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophospat ([Bmim][PF6]) durch kontrollierte radikalische Polymerisation (ATRP) hergestellt. Kinetische Untersuchungen zeigten ein lineares und dichtes Bürstenwachstum mit einer Wachstumsrate von 4600 g/mol pro nm. Die durchschnittliche Pfropfdichte betrug 0.36 µmol/m2. Als Anwendung wurden Mikrotropfen bestehend aus der ionischen Flüssigkeit, Dimethylformamid und dem ATRP-Katalysator benutzt, um in einer definierten Geometrie Polymerbürsten auf Silizium aufzubringen. Auf diese Weise lässt sich eine bis zu 13 nm dicke Beschichtung erzeugen. Dieses Konzept ist durch die Verdampfung des Monomers Methylmethacrylat (MMA) limitiert. Aus einem 1 µl großen Tropfen aus ionischer Flüssigkeit und MMA (1:1) verdampft MMA innerhalb von 100 s. Daher wurde das Monomer sequentiell zugegeben. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Strukturierung von Oberflächen mit Hilfe einer neuen Methode: Tintendruck. Ein piezoelektrisch betriebenes „Drop-on-Demand“ Drucksystem wurde verwendet, um Polystyrol mit 0,4 nl Tropfen aus Toluol zu strukturieren. Die auf diese Art und Weise gebildeten Mikrokrater können Anwendung als Mikrolinsen finden. Die Brennweite der Mikrolinsen kann über die Anzahl an Tropfen, die für die Strukturierung verwendet werden, eingestellt werden. Theoretisch und experimentell wurde die Brennweite im Bereich von 4,5 mm bis 0,21 mm ermittelt. Der zweite Strukturierungsprozess nutzt die Polyelektrolyte Polyvinylamin-Hydrochlorid (PAH) und Polystyrolsulfonat (PSS), um 3D-Strukturen wie z.B. Linien, Schachbretter, Ringe, Stapel mit einer Schicht für Schicht Methode herzustellen. Die Schichtdicke für eine Doppelschicht (DS) liegt im Bereich von 0.6 bis 1.1 nm, wenn NaCl als Elektrolyt mit einer Konzentration von 0,5 mol/l eingesetzt wird. Die Breite der Strukturen beträgt im Mittel 230 µm. Der Prozess wurde erweitert, um Nanomechanische Cantilever Sensoren (NCS) zu beschichten. Auf einem Array bestehend aus acht Cantilevern wurden je zwei Cantilever mit fünf Doppelschichten PAH/ PSS und je zwei Cantilever mit zehn Doppelschichten PAH/ PSS schnell und reproduzierbar beschichtet. Die Massenänderung für die individuellen Cantilever war 0,55 ng für fünf Doppelschichten und 1,08 ng für zehn Doppelschichten. Der daraus resultierende Sensor wurde einer Umgebung mit definierter Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Die Cantilever verbiegen sich durch die Ausdehnung der Beschichtung, da Wasser in das Polymer diffundiert. Eine maximale Verbiegung von 442 nm bei 80% Luftfeuchtigkeit wurde für die mit zehn Doppelschichten beschichteten Cantilever gefunden. Dies entspricht einer Wasseraufnahme von 35%. Zusätzlich konnte aus den Verbiegungsdaten geschlossen werden, dass die Elastizität der Polyelektrolytmultischichten zunimmt, wenn das Polymer gequollen ist. Das thermische Verhalten in Wasser wurde im nächsten Teil an nanomechanischen Cantilever Sensoren, die mit Poly(N-isopropylacrylamid)bürsten (PNIPAM) und plasmapolymerisiertem N,N-Diethylacrylamid beschichtet waren, untersucht. Die Verbiegung des Cantilevers zeigte zwei Bereiche: Bei Temperaturen kleiner der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) ist die Verbiegung durch die Dehydration der Polymerschicht dominiert und bei Temperaturen größer der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) reagiert der Cantilever Sensor überwiegend auf Relaxationsprozesse innerhalb der kollabierten Polymerschicht. Es wurde gefunden, dass das Minimum in der differentiellen Verbiegung mit der niedrigsten kritischen Temperatur von 32°C und 44°C der ausgewählten Polymeren übereinstimmt. Im letzten Teil der Arbeit wurden µ-Reflektivitäts- und µ-GISAXS Experimente eingeführt als neue Methoden, um mikrostrukturierte Proben wie NCS oder PEM Linien mit Röntgenstreuung zu untersuchen. Die Dicke von jedem individuell mit PMMA Bürsten beschichtetem NCS ist im Bereich von 32,9 bis 35,2 nm, was mit Hilfe von µ-Reflektivitätsmessungen bestimmt wurde. Dieses Ergebnis kann mit abbildender Ellipsometrie als komplementäre Methode mit einer maximalen Abweichung von 7% bestätigt werden. Als zweites Beispiel wurde eine gedruckte Polyelektrolytmultischicht aus PAH/PSS untersucht. Die Herstellungsprozedur wurde so modifiziert, dass Goldnanopartikel in die Schichtstruktur eingebracht wurden. Durch Auswertung eines µ-GISAXS Experiments konnte der Einbau der Partikel identifiziert werden. Durch eine Anpassung mit einem Unified Fit Modell wurde herausgefunden, dass die Partikel nicht agglomeriert sind und von einer Polymermatrix umgeben sind.
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In dieser Arbeit wird eine detaillierte Untersuchung und Charakterisierung der Zwei-Photonen-induzierten Fluoreszenzverstärkung von organischen Farbstoffen auf plasmonischen Nanostrukturen vorgestellt. Diese Fluoreszenzverstärkung ist insbesondere für hochaufgelöste Fluoreszenzmikroskopie und Einzelmolekülspektroskopie von großer Bedeutung. Durch die Zwei-Photonen-Anregung resultiert eine Begrenzung des Absorptionsprozesses auf das fokale Volumen. In Kombination mit dem elektrischen Nahfeld der Nanostrukturen als Anregungsquelle entsteht eine noch stärkere Verringerung des Anregungsvolumens auf eine Größe unterhalb der Beugungsgrenze. Dies erlaubt die selektive Messung ausgewählter Farbstoffe. Durch die Herstellung der Nanopartikel mittels Kolloidlithografie wird eine definierte, reproduzierbare Geometrie erhalten. Polymermultischichten dienen als Abstandshalter, um die Farbstoffe an einer exakten Distanz zum Metall zu positionieren. Durch die kovalente Anbindung des Farbstoffs an die oberste Schicht wird eine gleichmäßige Verteilung des Farbstoffs in geringer Konzentration erhalten. rnEs wird eine Verstärkung der Fluoreszenz um den Faktor 30 für Farbstoffe auf Goldellipsen detektiert, verglichen mit Farbstoffen außerhalb des Nahfelds. Sichelförmige Nanostrukturen erzeugen eine Verstärkung von 120. Dies belegt, dass das Ausmaß der Fluoreszenzverstärkung entscheidend von der Stärke des elektrischen Nahfelds der Nanostruktur abhängt. Auch das Material der Nanostruktur ist hierbei von Bedeutung. So erzeugen Silberellipsen eine 1,5-fach höhere Fluoreszenzverstärkung als identische Goldellipsen. Distanzabhängige Fluoreszenzmessungen zeigen, dass die Zwei-Photonen-angeregte Fluoreszenzverstärkung an strukturspezifischen Abständen zum Metall maximiert wird. Elliptische Strukturen zeigen ein Maximum bei einem Abstand von 8 nm zum Metall, wohingegen bei sichelförmigen Nanostrukturen die höchste Fluoreszenzintensität bei 12 nm gemessen wird. Bei kleineren Abständen unterliegt der Farbstoff einem starken Löschprozess, sogenanntes Quenching. Dieses konkurriert mit dem Verstärkungsprozess, wodurch es zu einer geringen Nettoverstärkung kommt. Hat die untersuchte Struktur Dimensionen größer als das Auflösungsvermögen des Mikroskops, ist eine direkte Visualisierung des elektrischen Nahfelds der Nanostruktur möglich. rnrnEin weiterer Fokus dieser Arbeit lag auf der Herstellung neuartiger Nanostrukturen durch kolloidlithografische Methoden. Gestapelte Dimere sichelförmiger Nanostrukturen mit exakter vertikaler Ausrichtung und einem Separationsabstand von etwa 10 nm wurden hergestellt. Die räumliche Nähe der beiden Strukturen führt zu einem Kopplungsprozess, der neue optische Resonanzen hervorruft. Diese können als Superpositionen der Plasmonenmoden der einzelnen Sicheln beschrieben werden. Ein Hybridisierungsmodell wird angewandt, um die spektralen Unterschiede zu erklären. Computersimulationen belegen die zugrunde liegende Theorie und erweitern das Modell um experimentell nicht aufgelöste Resonanzen. rnWeiterhin wird ein neuer Herstellungsprozess für sichelförmige Nanostrukturen vorgestellt, der eine präzise Formanpassung ermöglicht. Hierdurch kann die Lage der Plasmonenresonanz exakt justiert werden. Korrelationen der geometrischen Daten mit den Resonanzwellenlängen tragen zum grundlegenden Verständnis der Plasmonenresonanzen bei. Die vorgestellten Resultate wurden mittels Computersimulationen verifiziert. Der Fabrikationsprozess erlaubt die Herstellung von Dimeren sichelförmiger Nanostrukturen in einer Ebene. Durch die räumliche Nähe überlappen die elektrischen Nahfelder, wodurch es zu kopplungs-induzierten Shifts der Plasmonenresonanzen kommt. Der Unterschied zu theoretisch berechneten ungekoppelten Nanosicheln kann auch bei den gegenüberliegenden sichelförmigen Nanostrukturen mit Hilfe des Plasmonenhybridisierungsmodells erklärt werden.
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Multilayers of poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) and citrate capped Au nanoparticles (AuNPs) anchored on sodium 3-mercapto-1-propanesulfonate modified gold electrode by electrostatic layer-by-layer assembly (LbL) technique are shown to be an excellent architecture for the direct electrochemical oxidation of As(III) species. The growth of successive layers in the proposed LbL architecture is followed by atomic force microscopy, UV-vis spectroscopy, quartz crystal microbalance with energy dissipation, and electrochemistry. The first bilayer is found to show rather different physico-chemical characteristics as compared to the subsequent bilayers, and this is attributed to the difference in the adsorption environments. The analytical utility of the architecture with five bilayers is exploited for arsenic sensing via the direct electrocatalytic oxidation of As(III), and the detection limit is found to be well below the WHO guidelines of 10 ppb. When the non-redox active PDDA is replaced by the redoxactive Os(2,2'-bipyridine)(2)Cl-poly(4-vinylpyridine) polyelectrolyte (PVPOs) in the LbL assembly, the performance is found to be inferior, demonstrating that the redox activity of the polyelectrolyte is futile as far as the direct electro-oxidation of As(III) is concerned. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.
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A novel strategy for enhanced field-effect biosensing using capacitive electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) structures functionalised with pH-responsive weak polyelectrolyte/enzyme or dendrimer/enzyme multilayers is presented. The feasibility of the proposed approach is exemplarily demonstrated by realising a penicillin biosensor based on a capacitive p-Si-SiO(2) EIS structure functionalised with a poly(allylamine hydrochloride) (PAH)/penicillinase and a poly(amidoamine) dendrimer/penicillinase multilayer. The developed sensors response to changes in both the local pH value near the gate surface and the charge of macromolecules induced via enzymatic reaction, resulting in a higher sensitivity. For comparison, an EIS penicillin biosensor with adsorptively immobilised penicillinase has been also studied. The highest penicillin sensitivity of 100 mV/dec has been observed for the EIS sensor functionalised with the PAH/penicillinase multilayer. The lower and upper detection limit was around 20 mu M and 10 mM, respectively. In addition, an incorporation of enzymes in a multilayer prepared by layer-by-layer technique provides a larger amount of immobilised enzymes per sensor area, reduces enzyme leaching effects and thus, enhances the biosensor lifetime (the loss of penicillin sensitivity after 2 months was 10-12%). (C) 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
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Poly(vinyl pyrrolidone) and poly(methacrylic acid) multilayer capsules based on hydrogen bonding have been prepared by the layer-by-layer approach and used to encapsulate and release rifampicin, an antituberculosis drug. Removal of silica core using a buffer of ammonium fluoride and hydrofluoric acid at about pH 3 was found to produce better capsules than hydrofluoric acid alone. An eight-layered capsule had a wall thickness of 20 rim. Maximum encapsulation was found to be about 86 mu g at 40 degrees C with 1 +/- 0.2 x 10(6) capsules. Release studies showed a burst kind of release and maximum release was obtained above pH 7 where the capsules disintegrate rapidly thereby releasing the drug in a short period. Interactions studies with Mycobacterium smegmatis showed that the capsules were cytocompatible and the released drug functioned with the same efficacy as the free drug.
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Fabrication of multilayer ultrathin composite films composed of nanosized titanium dioxide particles (P25, Degussa) and polyelectrolytes (PELs), such as poly(allyl amine hydrochloride) (PAH) and poly(styrene sulfonate sodium salt) (PSS), on glass substrates using the layer-by-layer (LbL) assembly technique and its potentia application for the photodegradation of rhodamine B under ultraviolet (UV) irradiation has been reported. The polyelectrolytes and TiO2 were deposited on glass substrates at pH 2.5 and the growth of the multilayers was studied using UV/vis speccrophotometer. Thicknes measurements of the films showed a linear increase in film thickness with increase in number of bilayers. The surface microstructure of the thin films was characterized by field emission scanning electron microscope. The ability of the catalysts immobilized by this technique was compared with TiO2 films prepared by drop casting and spin coating methods. Comparison has been made in terms of film stability and photodegradation of rhodamine B. Process variables such as the effect of surface area of the multilayers, umber of bilayers, and initial dye concentration on photodegradation of rhodamine B were studied. Degradation efficiency increased with increase in number of catalysts (total surface area) and bilayers. Kinetics analysis indicated that the photodegradation rates follow first order kinetics. Under maximum loading of TiO2, with five catalyst slides having 20 bilayers of polyelectrolyte/TiO2 on each, 100 mL of 10 mg/L dye solution could be degraded completely in 4 h. The same slides could be reused with the same efficiency for several cycles. This study demonstrates that nanoparticles can be used in wastewater treatment using a simple immobilization technique. This makes the process an attractive option for scale up.
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We report a simple method to fabricate multifunctional polyelectrolyte thin films to load and deliver the therapeutic drugs. The multilayer thin films were assembled by the electrostatic adsorption of poly (allylamine hydrochloride) (PAH) and dextran sulfate (DS). The silver nanoparticles (Ag NPs) biosynthesized from novel Hybanthus enneaspermus leaf extract as the reducing agent were successfully incorporated into the film. The biosynthesized Ag NPs showed excellent antimicrobial activity against the range of enteropathogens, which could be significantly enhanced when used with commercial antibiotics. The assembled silver nano composite multilayer films showed rupture and deformation when they are exposed to laser. The Ag NPs act as an energy absorption center, locally heat up the film and rupture it under laser treatment. The antibacterial drug, moxifloxacin hydrochloride (MH) was successfully loaded into the multilayer films. The total amount of MH release observed was about 63% which increased to 85% when subjected to laser light exposure. Thus, the polyelectrolyte thin film reported in our study has significant potential in the field of remote activated drug delivery, antibacterial coatings and wound dressings. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.
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A NADH and glucose biosensor based on thionine cross-linked multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) and Au nanoparticles (Au NPs) multilayer functionalized indium-doped tin oxide (ITO) electrode were presented in this paper. The effect of light irradiation on the enhancement of bioelectrocatalytic processes of the biocatalytic systems by the photovoltaic effect was investigated.
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In this work, we illustrate a simple chelation-based strategy to trigger DNA release from DNA-incorporated multilayer films, which were fabricated through the layer-by-layer (LbL) assembly of DNA and inorganic zirconium (IV) ion (Zr4+). After being incubated in several kinds of chelator solutions, the DNA multilayer films disassembled and released the incorporated DNA. This was most probably due to the cleavage of coordination/electrostatic interactions between Zr4+ and phosphate groups of DNA. Surface plasmon resonance (SPR), UV-vis spectrometry and atomic force microscopy (AFM) were used to characterize the assembly and the disassembly of the films.
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Polyelectrolyte-functionalized ionic liquid (PFIL) and Prussian blue (PB) nanoparticles were used to fabricate ultrathin films on the ITO substrate through electrostatic layer-by-layer assembly method. Multilayer growth was examined by UV-vis spectroscopy and cyclic voltammetry. The resulting ITO/(PFIL/PB)n electrode showed two couples of well-defined redox peaks and good electrocatalytical activity towards the reduction of hydrogen peroxide.