Самоорганизующиеся молекулы карбораны
Достижения в области нанотехнологий - химия наносистем

В журнале ACS Nano описан принцип получения качественных самоорганизующихся монослойных покрытий. Для создании таких покрытий, главную роль которых играют стабильность и четкая и управляемая геометрия молекул, использовался изомер карборана - карборантиол.

Карбораны – это стабильные соединения бора, углерода и водорода, они имеют общую формулу СnВmНn+m. Самым популярным представителем карборанов стал орто-карборан В10Н10С2Н2.

Молекула карборана

"Результаты позволили нам контролировать химические и физические свойства самоорганизующихся монослойных покрытий без изменения структуры,"  - рассказывает руководитель исследования, профессор Пол Вейс (Paul Weiss), - "Возможность управлять этими свойствами позволило нам селективно выделять определенные биологические молекулы из сложных смесей".

Для получения молекулярных монослоев, исследователи выполнял и эксперименты,в  которых были взяты изомеры карборантиола: мета-9 (М9) и мета-1 (М1) (они отличаются расположением тиольной группы относительно атомов углерода в молекуле). Тиольная группа непосредственно «пришивается» к золотой подложке, соответственным образом располагая на ней молекулу карборана. При этом положительный заряд в дипольной молекуле В10Н10С2Н2 в любом случае сконцентрирован на атомах углерода, а отрицательный – на наиболее отдаленных от них атомах бора. Таким образом, варьируя положение тиольной группы можно добиться управления ориентацией диполей на поверхности.

 

           Каркас молекулы карборана

Молекулы карбонатиоловСимметрия молекул карборана создает условия для идентичной геометрии покрытий, образуемых изомерами М1 и М9. Химические свойства таких покрытий и их смачиваемость оказываются  разными. «Удивительно, что самоорганизующийся молекулярный монослой толщиной всего 1–2 нм может кардинально изменить химические, физические и биологические свойства поверхности», – говорит профессор Вейс.

Ключевые различия в свойствах монослоев изомеров карборантиолов - ориентации дипольных молекул. Покрытие стабильно, т.к. молекулы М1 сильно взаимодействуют друг с другом. Монослой молекул М9 не настолько стабилен, но очень гидрофилен.

Ученые сейчас продолжают работу с целью создания библиотеки производных карборанов для получения разнообразных нанопокрытий.

Работа проводится при содействии Национального Научного Фонда США (NSF), Центра Исследования Наносистем (Center for Nanoscale Science) и Национальной Нанотехнологической Сетевой Инфраструктурой – на базе Государственного Университета штата Пенсильвания, а также при непосредственном участии Sigma-Aldrich Materials Science Initiative.

 

 

                                                                                                                                                                                                         Изображение расположения дипольных изомерных молекул

                                                                                                                                                                                                                       карборантиолов относительно поверхности

Источник: nanonewsnet.ru