Formation et propriétés des cristaux colloïdaux issus de l’auto-assemblage de microsphères de polymère

Le besoin pour des biocapteurs à haute sensibilité mais simples à préparer et à utiliser est en constante augmentation, notamment dans le domaine biomédical. Les cristaux colloïdaux formés par des microsphères de polymère ont déjà prouvé leur fort potentiel en tant que biocapteurs grâce à l’association des propriétés des polymères et à la diffraction de la lumière visible de la structure périodique. Toutefois, une meilleure compréhension du comportement de ces structures est primordiale avant de pouvoir développer des capteurs efficaces et polyvalents. Ce travail propose d’étudier la formation et les propriétés des cristaux colloïdaux résultant de l’auto-assemblage de microsphères de polymère en milieu aqueux. Dans ce but, des particules avec différentes caractéristiques ont été synthétisées et caractérisées afin de corréler les propriétés des particules et le comportement de la structure cristalline. Dans un premier temps, des microsphères réticulées de polystyrène anioniques et cationiques ont été préparées par polymérisation en émulsion sans tensioactif. En variant la quantité de comonomère chargé, le chlorure de vinylbenzyltriméthylammonium ou le sulfonate styrène de sodium, des particules de différentes tailles, formes, polydispersités et charges surfaciques ont été obtenues. En effet, une augmentation de la quantité du comonomère ionique permet de stabiliser de façon électrostatique une plus grande surface et de diminuer ainsi la taille des particules. Cependant, au-dessus d’une certaine concentration, la polymérisation du comonomère en solution devient non négligeable, provoquant un élargissement de la distribution de taille. Quand la polydispersité est faible, ces microsphères chargées, même celles non parfaitement sphériques, peuvent s’auto-assembler et former des cristaux colloïdaux diffractant la lumière visible. Il semble que les répulsions électrostatiques créées par les charges surfaciques favorisent la formation de la structure périodique sur un grand domaine de concentrations et améliorent leur stabilité en présence de sel. Dans un deuxième temps, le besoin d’un constituant stimulable nous a orientés vers les structures cœur-écorce. Ces microsphères, synthétisées en deux étapes par polymérisation en émulsion sans tensioactif, sont formées d’un cœur de polystyrène et d’une écorce d’hydrogel. Différents hydrogels ont été utilisés afin d’obtenir des propriétés différentes : le poly(acide acrylique) pour sa sensibilité au pH, le poly(N-isopropylacrylamide) pour sa thermosensibilité, et, enfin, le copolymère poly(N-isopropylacrylamide-co-acide acrylique) donnant une double sensibilité. Ces microsphères forment des cristaux colloïdaux diffractant la lumière visible à partir d’une certaine concentration critique et pour un large domaine de concentrations. D’après les changements observés dans les spectres de diffraction, les stimuli ont un impact sur la structure cristalline mais l’amplitude de cet effet varie avec la concentration. Ce comportement semble être le résultat des changements induits par la transition de phase volumique sur les interactions entre particules plutôt qu’une conséquence du changement de taille. Les interactions attractives de van der Waals et les répulsions stériques sont clairement affectées par la transition de phase volumique de l’écorce de poly(N-isopropylacrylamide). Dans le cas des microsphères sensibles au pH, les interactions électrostatiques sont aussi à considérer. L’effet de la concentration peut alors être mis en relation avec la portée de ces interactions. Finalement, dans l’objectif futur de développer des biocapteurs de glucose, les microsphères cœur-écorce ont été fonctionnalisées avec l’acide 3-aminophénylboronique afin de les rendre sensibles au glucose. Les effets de la fonctionnalisation et de la complexation avec le glucose sur les particules et leur empilement périodique ont été examinés. La structure cristalline est visiblement affectée par la présence de glucose, même si le mécanisme impliqué reste à élucider.

Novel non phospholipid liposomes with high sterol content : development and characterization

Les liposomes sont des nanovecteurs polyvalents et prometteurs quant à leur utilisation dans plusieurs domaines. Il y a une décennie, un nouveau type de liposome constitué d’amphiphiles monoalkylés et de stérols est né fortuitement dans notre groupe. Ils sont nommés Stérosomes puisqu’ils contiennent une grande proportion de stérols, entre 50 et 70 mol %. Les objectifs de cette thèse sont de développer de nouvelles formulations de Stérosomes ayant des caractéristiques spécifiques et d’acquérir une compréhension plus profonde des règles physicochimiques qui dictent leur comportement de phase. Nous avons spécifiquement examiné le rôle de motifs moléculaires des stérols, de la charge interfaciale et de la capacité à former des liaisons H dans les interactions intermoléculaires menant à l’autoassemblage. Le comportement de phase a été caractérisé par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), par spectroscopie infrarouge (IR) et par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire du deutérium (²H NMR). Premièrement, nous avons établi certaines corrélations entre la structure des stérols, leur tendance à former des bicouches fluides en présence d'amphiphile monoalkylé et la perméabilité des grandes vésicules unilamellaires (LUV) formées. La nature des stérols module les propriétés de mélange avec de l’acide palmitique (PA). Les stérols portant une chaîne volumineuse en position C17 sont moins aptes à induire des bicouches fluides que ceux qui ont une chaîne plus simple, comme celle du cholestérol. Un grand ordre de la chaîne alkyle de PA est un effet commun à tous les stérols investigués. Il a été démontré que la perméabilité des LUV peut être contrôlée en utilisant des stérols différents. Cependant, ces stérols n’ont aucun impact significatif sur la sensibilité des Stérosomes au pH. Afin de créer des liposomes qui sont sensibles au pH et qui ont une charge positive à la surface, des Stérosomes composés de stéarylamine et de cholestérol (Chol) ont été conçus et caractérisés. Il a été conclu que l’état de protonation de l’amine, dans ce travail, ou du groupe carboxylique, dans un travail précédent, confère une sensibilité au pH et détermine la charge à la surface du liposome. Les premiers Stérosomes complètement neutres ont été fabriqués en utilisant un réseau de fortes liaisons H intermoléculaires. Le groupe sulfoxyde est capable de former de fortes liaisons H avec le cholestérol et les molécules d’eau. Une bicouche fluide métastable a été obtenue, à la température de la pièce, à partir d'un mélange équimolaire d’octadécyl méthyl sulfoxyde (OMSO) et de Chol. Ce comportement distinct a permis d’extruder le mélange pour former des LUV à la température de la pièce. Après 30 h, le temps de vie de la phase métastable, des Stérosomes stables et imperméables existaient toujours sous une forme solide. Un diagramme de température-composition a été proposé afin de résumer le comportement de phase des mélanges d’OMSO/Chol. Finalement, nous avons élaboré des Stérosomes furtifs en incorporant du polyéthylène glycol (PEG) avec une ancre de cholestérol (PEG-Chol) à l’interface de Stérosomes de PA/Chol. Jusqu’à 20 mol % de PEG-Chol peut être introduit sans perturber la structure de la bicouche. La présence du PEG-Chol n’a aucun impact significatif sur la perméabilité de la LUV. L'encapsulation active de la doxorubicine, un médicament contre le cancer, a été réalisée malgré la faible perméabilité de ces LUV et la présence du PEG à l’interface. L’inclusion de PEG a modifié considérablement les propriétés de l’interface et a diminué la libération induite par la variation de pH observée avec des LUV nues de PA/Chol. Cette formulation inédite est potentiellement utile pour l’administration intraveineuse de médicaments.

Organisation moléculaire dirigée par le groupe CONH2 en 2D et 3D

Notre étude a pour objet la conception, la synthèse ainsi que l’étude structurale d’architectures supramoléculaires obtenues par auto-assemblage, en se basant sur les concepts de la tectonique moléculaire. Cette branche de la chimie supramoléculaire s’occupe de la conception et la synthèse de molécules organiques appelées tectons, du grec tectos qui signifie constructeur. Le tecton est souvent constitué de sites de reconnaissance branchés sur un squelette bien choisi. Les sites de reconnaissance orientés par la géométrie du squelette peuvent participer dans des interactions intermoléculaires qui sont suffisamment fortes et directionnelles pour guider la topologie du cristal résultant. La stratégie envisagée utilise des processus d'auto-assemblage engageant des interactions réversibles entre les tectons. L’auto-assemblage dirigé par de fortes interactions intermoléculaires directionnelles est largement utilisé pour fabriquer des matériaux dont les composants doivent être positionnés en trois dimensions (3D) d'une manière prévisible. Cette stratégie peut également être utilisée pour contrôler l’association moléculaire en deux dimensions (2D), ce qui permet la construction de monocouches organisées et prédéterminées sur différents types des surfaces, tels que le graphite.Notre travail a mis l’accent sur le comportement de la fonction amide comme fonction de reconnaissance qui est un analogue du groupement carboxyle déjà utilisé dans plusieurs études précédentes. Nous avons étudié le comportement d’une série de composés contenant un noyau plat conçu pour faciliter l'adsorption sur le graphite et modifiés par l'ajout de groupes amide pour favoriser la formation de liaisons hydrogène entre les molécules ainsi adsorbées. La capacité de ces composés à former de monocouches organisées à l’échelle moléculaire en 2D a été examinée par microscopie à effet tunnel, etleur organisation en 3D a également été étudiée par cristallographie aux rayons X. Dans notre étude, nous avons systématiquement modifié la géométrie moléculaire et d'autres paramètres afin d'examiner leurs effets sur l'organisation moléculaire. Nos résultats suggèrent que les analyses structurales combinées en 2D et 3D constituent un important atout dans l'effort pour comprendre les interactions entre les molécules adsorbées et l’effet de l’interaction avec la surface du substrat.

Tectonique moléculaire : vers l'utilisation du dispirofluorène-indénofluorène comme unité de construction pour bâtir des réseaux cristallins poreux

La chimie supramoléculaire est un domaine qui suscite depuis quelques années un intérêt grandissant. Le domaine s’appuie sur les interactions intermoléculaires de façon à contrôler l’organisation moléculaire et ainsi moduler les propriétés des matériaux. La sélection et le positionnement adéquat de groupes fonctionnels, utilisés en combinaison avec un squelette moléculaire particulier, permet d’anticiper la façon dont une molécule interagira avec les molécules avoisinantes. Cette stratégie de construction, nommé tectonique moléculaire, fait appel à la conception de molécules appelées tectons (du mot grec signifiant bâtisseur) pouvant s’orienter de façon prévisible par le biais d’interactions faibles et ainsi générer des architectures supramoléculaires inédites. Les tectons utilisent les forces intermoléculaires mises à leur disposition pour s’orienter de façon prédéterminée et ainsi contrecarrer la tendance à s’empiler de la manière la plus compacte possible. Pour ce faire, les tectons sont munies de diverses groupes fonctionnels, aussi appelés groupes de reconnaissance, qui agiront comme guide lors de l’assemblage moléculaire. Le choix du squelette moléculaire du tecton revêt une importance capitale puisqu’il doit permettre une orientation optimale des groupes de reconnaissance. La stratégie de la tectonique moléculaire, utilisée conjointement avec la cristallisation, ouvre la porte à un domaine de la chimie supramoléculaire appelé le génie cristallin. Le génie cristallin permet l’obtention de réseaux cristallins poreux soutenus par des interactions faibles, pouvant accueillir des molécules invitées. Bien que toutes les interactions faibles peuvent être mises à contribution, le pont hydrogène est l’interaction prédominante en ce qui a trait aux réseaux cristallins supramoléculaires. La force, la directionnalité ainsi que la versatilité font du pont hydrogène l’interaction qui, à ce jour, a eu le plus grand impact dans le domaine du génie cristallin. Un des groupements de reconnaissance particulièrement intéressants en génie cristallin, faisant appel aux ponts hydrogène et offrant plusieurs motifs d’interaction, est l’unité 2,4-diamino-1,3,5-triazinyle. L’utilisation de ce groupement de reconnaissance conjointement avec un cœur moléculaire en forme de croix d’Onsager, qui défavorise l’empilement compact, permet l’obtention de valeurs de porosités élevées, comme c’est le cas pour le 2,2’,7,7’-tétrakis(2,4-diamino-1,3,5-triazin-6-yl)-9,9’-spirobi[9H-fluorène]. Nous présentons ici une extension du travail effectué sur les cœurs spirobifluorényles en décrivant la synthèse et l’analyse structurale de molécules avec une unité dispirofluorène-indénofluorényle comme cœur moléculaire. Ce cœur moléculaire exhibe les mêmes caractéristiques structurales que le spirobifluorène, soit une topologie rigide en forme de croix d’Onsager défavorisant l’empilement compact. Nous avons combiné les cœurs dispirofluorène-indénofluorényles avec différents groupements de reconnaissance de façon à étudier l’influence de l’élongation du cœur moléculaire sur le réseau cristallin, en particulier sur le volume accessible aux molécules invitées.

Buried-object detection using free-space time-domain near-field measurements

The detection of buried objects using time-domain freespace measurements was carried out in the near field. The location of a hidden object was determined from an analysis of the reflected signal. This method can be extended to detect any number of objects. Measurements were carried out in the X- and Ku-bands using ordinary rectangular pyramidal horn antennas of gain 15 dB. The same antenna was used as the transmitter and recei er. The experimental results were compared with simulated results by applying the two-dimensional finite-difference time-domain(FDTD)method, and agree well with each other. The dispersi e nature of the dielectric medium was considered for the simulation.

Organische Mikro- und Nanodrähte auf Basis von Perylendiimiden

Diese Arbeit thematisiert die optimierte Darstellung von organischen Mikro- und Nanodrähten, Untersuchungen bezüglich deren molekularen Aufbaus und die anwendungsorientierte Charakterisierung der Eigenschaften. Mikro- und Nanodrähte haben in den letzten Jahren im Zuge der Miniaturisierung von Technologien an weitreichendem Interesse gewonnen. Solche eindimensionalen Strukturen, deren Durchmesser im Bereich weniger zehn Nanometer bis zu einigen wenigen Mikrometern liegt, sind Gegenstand intensiver Forschung. Neben anorganischen Ausgangssubstanzen zur Erzeugung von Mikro- und Nanodrähten haben organische Funktionsmaterialien aufgrund ihrer einfachen und kostengünstigen Verarbeitbarkeit sowie ihrer interessanten elektrischen und optischen Eigenschaften an Bedeutung gewonnen. Eine wichtige Materialklasse ist in diesem Zusammenhang die Verbindungsklasse der n-halbleitenden Perylentetracarbonsäurediimide (kurz Perylendiimide). Dem erfolgreichen Einsatz von eindimensionalen Strukturen als miniaturisierte Bausteine geht die optimierte und kontrollierte Herstellung voraus. Im Rahmen der Doktorarbeit wurde die neue Methode der Drahterzeugung „Trocknen unter Lösungsmittelatmosphäre“ entwickelt, welche auf Selbstassemblierung der Substanzmoleküle aus Lösung basiert und unter dem Einfluss von Lösungsmitteldampf direkt auf einem vorgegebenen Substrat stattfindet. Im Gegensatz zu literaturbekannten Methoden ist kein Transfer der Drähte aus einem Reaktionsgefäß nötig und damit verbundene Beschädigungen der Strukturen werden vermieden. Während herkömmliche Methoden in einer unkontrolliert großen Menge von ineinander verwundenen Drähten resultieren, erlaubt die substratbasierte Technik die Bildung voneinander separierter Einzelfasern und somit beispielsweise den Einsatz in Einzelstrukturbauteilen. Die erhaltenen Fasern sind morphologisch sehr gleichmäßig und weisen bei Längen von bis zu 5 mm bemerkenswert hohe Aspektverhältnisse von über 10000 auf. Darüber hinaus kann durch das direkte Drahtwachstum auf dem Substrat über den Einsatz von vorstrukturierten Oberflächen und Wachstumsmasken gerichtetes, lokal beschränktes Drahtwachstum erzielt werden und damit aktive Kontrolle auf Richtung und Wachstumsbereich der makroskopisch nicht handhabbaren Objekte ausgeübt werden. Um das Drahtwachstum auch hinsichtlich der Materialauswahl, d. h. der eingesetzten Ausgangsmaterialien zur Drahterzeugung und somit der resultierenden Eigenschaften der gebildeten Strukturen aktiv kontrollieren zu können, wird der Einfluss unterschiedlicher Parameter auf die Morphologie der Selbstassemblierungsprodukte am Beispiel unterschiedlicher Derivate betrachtet. So stellt sich zum einen die Art der eingesetzten Lösungsmittel in flüssiger und gasförmiger Phase beim Trocknen unter Lösungsmittelatmosphäre als wichtiger Faktor heraus. Beide Lösungsmittel dienen als Interaktionspartner für die Moleküle des funktionellen Drahtmaterials im Selbstassemblierungsprozess. Spezifische Wechselwirkungen zwischen Perylendiimid-Molekülen untereinander und mit Lösungsmittel-Molekülen bestimmen dabei die äußere Form der erhaltenen Strukturen. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Molekülstruktur des verwendeten funktionellen Perylendiimids. Es wird der Einfluss einer Bay-Substitution bzw. einer unsymmetrischen Imid-Substitution auf die Morphologie der erhaltenen Strukturen herausgestellt. Für das detaillierte Verständnis des Zusammenhanges zwischen Molekülstruktur und nötigen Wachstumsbedingungen für die Bildung von eindimensionalen Strukturen zum einen, aber auch die resultierenden Eigenschaften der erhaltenen Aggregationsprodukte zum anderen, sind Informationen über den molekularen Aufbau von großer Bedeutung. Im Rahmen der Doktorarbeit konnte ein molekular hoch geordneter, kristalliner Aufbau der Drähte nachgewiesen werden. Durch Kombination unterschiedlicher Messmethoden ist es gelungen, die molekulare Anordnung in Strukturen aus einem Spirobifluoren-substituierten Derivat in Form einer verkippten Molekülstapelung entlang der Drahtlängsrichtung zu bestimmen. Um mögliche Anwendungsbereiche der erzeugten Drähte aufzuzeigen, wurden diese hinsichtlich ihrer elektrischen und optischen Eigenschaften analysiert. Neben dem potentiellen Einsatz im Bereich von Filteranwendungen und Sensoren, sind vor allem die halbleitenden und optisch wellenleitenden Eigenschaften hervorzuheben. Es konnten organische Transistoren auf der Basis von Einzeldrähten mit im Vergleich zu Dünnschichtbauteilen erhöhten Ladungsträgerbeweglichkeiten präpariert werden. Darüber hinaus wurden die erzeugten eindimensionalen Strukturen als aktive optische Wellenleiter charakterisiert. Die im Rahmen der Dissertation erarbeiteten Kenntnisse bezüglich der Bildung von eindimensionalen Strukturen durch Selbstassemblierung, des Drahtaufbaus und erster anwendungsorientierter Charakterisierung stellen eine Basis zur Weiterentwicklung solcher miniaturisierter Bausteine für unterschiedlichste Anwendungen dar. Die neu entwickelte Methode des Trocknens unter Lösungsmittelatmosphäre ist nicht auf den Einsatz von Perylendiimiden beschränkt, sondern kann auf andere Substanzklassen ausgeweitet werden. Dies eröffnet breite Möglichkeiten der Materialauswahl und somit der Einsatzmöglichkeiten der erhaltenen Strukturen.

4,4 '-Dipyridyl-N,N '-dioxide complexes of metal-thiocyanate/selenocyanate: pi-stacked molecular rods as three-dimensional support for two-dimensional polymeric sheets and intra/interchain S center dot center dot center dot S interaction dependent architecture of the R-2(2)(8) synthon driven assembly of one-dimensional polymeric chains

Three supramolecular complexes of Co(II) using SCN-/SeCN- in combination with 4,4'-dipyridyl-N,N'-dioxide (dpyo), i.e., {[Co(SCN)(2)(dpyo)(2)].(dpyo)}(n) ( 1), {[Co(SCN)(2)(dpyo)(H2O)(2)].(H2O)}(n) ( 2), {[Co(SeCN)(2)(dpyo)(H2O)(2)]center dot(H2O)}(n) ( 3), have been synthesized and characterized by single-crystal X-ray analysis. Complex 1 is a rare example of a dpyo bridged two-dimensional (2D) coordination polymer, and pi-stacked dpyo supramolecular rods are generated by the lattice dpyo, passing through the rhombic grid of stacked layers, resulting in a three-dimensional (3D) superstructure. Complexes 2 and 3 are isomorphous one-dimensional (1D) coordination polymers [-Co-dpyo-Co-] that undergo self-assembly leading to a bilayer architecture derived through an R-2(2)(8) H-bonding synthon between coordinated water and dpyo oxygen. A reinvestigation of coordination polymers [Mn(SCN)(2)(dpyo)( H2O)(MeOH)](n) ( 4) and {[Fe(SCN)(2)(dpyo)(H2O)(2)]center dot(H2O)}(n) ( 5) reported recently by our group [ Manna et al. Indian J. Chem. 2006, 45A, 1813] reveals brick wall topology rather than bilayer architecture is due to the decisive role of S center dot center dot center dot S/Se center dot center dot center dot Se interactions in determining the helical nature in 4 and 5 as compared to zigzag polymeric chains in 2 and 3, although the same R-2(2)(8) synthon is responsible for supramolecular assembly in these complexes.

Fibrillisation of hydrophobically modified amyloid peptide fragments in an organic solvent

The self-assembly of a hydrophobically modified fragment of the amyloid beta(A beta) peptide has been studied in methanol. The peptide FFKLVFF is based on A beta(16-20) extended at the N terminus by two phenylalanine residues. The formation of amyloid-type fibrils is confirmed by Congo Red staining, thioflavin T fluorescence and circular dichroism experiments. FTIR points to the formation of beta-sheet structures in solution and in dried films and suggests that aggregation occurs at low concentration and is not strongly affected by further increase in concentration, i.e. the peptide is a strong fibril-former in methanol. UV fluorescence experiments on unstained peptide and CD point to the importance of aromatic interactions between phenylalanine groups in driving aggregation into beta-sheets. The CD spectrum differs from that usually observed for beta-sheet assemblies formed by larger peptides or proteins and this is discussed for solutions in methanol and also trifluoroethanol. The fibril structure is imaged by transmission electron microscopy and scanning electron microscopy on dried samples and is confirmed by small-angle X-ray scattering experiments in solution.

The collagen stimulating effect of peptide amphiphile C16-KTTKS on human fibroblasts

The collagen production of human dermal and corneal fibroblasts in contact with solutions of the peptide amphiphile (PA) C16–KTTKS is investigated and related to its self-assembly into nanotape structures. This PA is used in antiwrinkle cosmeceutical applications (trade name Matrixyl). We prove that C16–KTTKS stimulates collagen production in a concentration-dependent manner close to the critical aggregation concentration determined from pyrene fluorescence spectroscopy. This suggests that self-assembly and the stimulation of collagen production are inter-related.

Collagen stimulating effect of peptide amphiphile C16−KTTKS on human fibroblasts

The collagen production of human dermal and corneal fibroblasts in contact with solutions of the peptide amphiphile (PA) C16−KTTKS is investigated and related to its self-assembly into nanotape structures. This PA is used in antiwrinkle cosmeceutical applications (trade name Matrixyl). We prove that C16−KTTKS stimulates collagen production in a concentration-dependent manner close to the critical aggregation concentration determined from pyrene fluorescence spectroscopy. This suggests that self-assembly and the stimulation of collagen production are inter-related.

Effects of Side-Chain and Electron Exchange Correlation on the Band Structure of Perylene Diimide Liquid Crystals: A Density Functional Study

The structural and electronic properties of perylene diimide liquid crystal PPEEB are studied using ab initio methods based on the density functional theory (I)FT). Using available experimental crystallographic data as a guide, we propose a detailed structural model for the packing of solid PPEEB. We find that due to the localized nature of the band edge wave function, theoretical approaches beyond the standard method, such as hybrid functional (PBE0), are required to correctly characterize the band structure of this material. Moreover, unlike previous assumptions, we observe the formation of hydrogen bonds between the side chains of different molecules, which leads to a dispersion of the energy levels. This result indicates that the side chains of the molecular crystal not only are responsible for its structural conformation but also can be used for tuning the electronic and optical properties of these materials.

Molecular Ordering of Layer-by-Layer Polyelectrolyte Films Studied by Sum-Frequency Vibrational Spectroscopy

The molecular arrangement in organic thin films is crucial for their increasing technological applications. Here, we use vibrational spectroscopy by sum-frequency generation (SFG) to study the ordering of polyelectrolyte layers adsorbed on silica for all steps of layer-by-layer (LbL) self-assembly. In situ measurements during adsorption and rinsing showed that the adsorbed polymer has a disordered conformation and confirmed surface charge overcompensation upon polyelectrolyte adsorption by probing the interfacial electric field. In dry films, the polymer chains acquired a net orientational ordering, which was affected, however, by the adsorption of subsequent layers. Such a detailed characterization may allow the control of LbL film structure and functionality with unprecedented power.

Structural organization of cetyltrimethylammonium sulfate in aqueous solution: the effect of Na2SO4

We used dynamic light scattering (DLS), a steady-state fluorescence, time resolved fluorescence quenching (TRFQ), tensiometry, conductimetry, and isothermal titration calorimetry (ITC) to investigate the self-assembly of the cationic surfactant cetyltrimethylammonium sulfate (CTAS) in aqueous solution, which has SO42- as divalent counterion. We obtained the critical micelled concentration (cmc), aggregation number (N-agg), area per monomer (a(0)), hydrodynamic radius (R-H), and degree of counterion dissociation (alpha) of CTAS micelles in the absence and presence of up to 1 M Na2SO4 and at temperatures of 25 and 40 degrees C. Between 0.01 and 0.3 M salt the hydrodynamic radius of CTAS micelle R-H approximate to 16 angstrom is roughly independent on Na2SO4 concentration; below and above this concentration range R-H increases steeply with the salt concentration, indicating micelle structure transition, from spherical to rod-like structures. R-H increases only slightly as temperature increases from 25 to 40 degrees C, and the cmc decreases initially very steeply with Na2SO4 concentration up to about 10 mM, and thereafter it is constant. The area per surfactant at the water/air interface, a(0), initially increases steeply with Na2SO4 concentration, and then decrases above ca. 10 mM. Conductimetry gives alpha = 0.18 for the degree of counterion dissociation, and N-agg obtained by fluorescence methods increases with surfactant concentration but it is roughly independent of up to 80 mM salt. The ITC data yield cmc of 0.22 mM in water, and the calculated enthalpy change of micelle formation, Delta H-mic = 3.8 kJ mol(-1), Gibbs free energy of micellization of surfactant molecules, Delta G(mic) = -38.0 kJ mol(-1) and entropy T Delta S-mic = 41.7 kJ mol(-1) indicate that the formation of CTAS micelles is entropy-driven. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Highly swollen liquid crystals as new reactors for the synthesis of nanomaterials

Synthesis and self-assembly of nanomaterials can be controlled by the properties of soft matter. on one hand, dedicated nanoreactors such as reverse microemulsions or miniemulsions can be designed. on the other hand, direct shape control can be provided by the topology of liquid crystals that confine the reacting medium within a specific geometry. In the first case, the preparation of micro- or miniemulsions generally requires energetic mechanical stirring. The second approach uses thermodynamically stable systems, but it remains usually limited to binary (water + surfactant) systems. We report the preparation of different families of materials in highly ordered quaternary mediums that exhibit a liquid crystal structure with a high cell parameter. They were prepared with the proper ratios of salted water, nonpolar solvent, surfactant. and cosurfactants that form spontaneously swollen hexagonal phases. These swollen liquid crystals can be prepared from all classes of surfactants (cationic, anionic, and nonionic). They contain a regular network of parallel cylinders, whose diameters can be swollen with a nonpolar solvent, that are regularly spaced in a continuous aqueous salt solution. We demonstrate in the present report that both aqueous and organic phases can be used as nanoreactors for the preparation of materials. This property is illustrated by various examples such as the synthesis of platinum nanorods prepared in the aqueous phase or zirconia needles or the photo- or gamma-ray-induced polymerization of polydiacetylene in the organic phase. In all cases, materials can be easily extracted and their final shapes are directed by the structure-directing effect imposed by the liquid crystal.

Novel SrTi1-xFexO3 nanocubes synthesized by microwave-assisted hydrothermal method

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)