WARSTWY

WARSTWY

SAMOORGANIZUJĄCE

SAMOORGANIZUJĄCE

SAMs

SAMs

Warstwy samoorganizujące (Self Assembled

Monolayers=SAMs) są to powierzchnie,
zawierające warstwy molekuł na danym podłożu.
Mogą one być łatwo sporządzone przez dodanie
roztworu pożądanej cząsteczki na powierzchnię
podłoża, a następnie wymycie jej nadmiaru.
Jako przykłady można podać:

a)

warstwy alkanotiolanowe

b)

warstwy alkilotlenokrzemianowe

c)

warstwy kwasów tłuszczowych na materiałach
tlenkowych

ZASADA DZIAŁANIA

ZASADA DZIAŁANIA



-O(C=O)CF

3



-O(C=O)C

6

H

5



-COOH



-OSO

3

H



-CH

3



-OH



-(C=O)OCH

3



-O(C=O)CH

3

Cząsteczce, którą jest zasadniczo łańcuch alkilowy o 10 – 20 atomach

węgla, dodawana jest grupa o silnych preferencjach adsorpcyjnych do

użytego podłoża. Jako grupa główna stosowany jest często tiol (S-H),

który wykazuje szczególne powinowactwo do złota. Można także

wykorzystać grupy: -CN, -COOH, -NH

2

oraz krzemiany, a jako

powierzchnie metale: Cu, Ag, Pd, Pt, Hg, C lub półprzewodniki: Si,

GaAs, ind pokryty warstewką tlenku.
Tiole bardzo chętnie adsorbują z roztworu na warstwę złota, tworząc

zwartą powierzchnię, z której wystaje ku górze reszta łańcucha.
Używając tioli z innymi łańcuchami, możemy uzyskać bardzo szeroką

różnorodność powierzchni. Ewentualnie można modyfikować uzyskaną

warstwę za pomocą reakcji chemicznych.
Możemy wyróżnić łańcuchy alkilowe m.in. z następującymi grupami

funkcyjnymi:

NAKŁADANIE WARSTWY

NAKŁADANIE WARSTWY

– opis mikrocząsteczkowy

– opis mikrocząsteczkowy

Nakładanie warstwy
odbywa się za pomocą
chemisorbcji. Uważa
się, że tiol atakuje
powierzchnię złota w
miejscach luk pomiędzy
jego atomami,

tracąc przy tym proton. Pierwsze cząsteczki kładą się na
powierzchni, ale w miarę przyczepiania się kolejnych ich
łańcuchy odpychają się, powodując że ustawiają się
równolegle do siebie pod kątem 30 ̊ do podłoża.

METODY NAKŁADANIA

METODY NAKŁADANIA

WARSTWY

WARSTWY

SPOSÓB MIESZANY

SPOSÓB MIESZANY

tworzymy przez

zmieszanie dwóch tioli o różnych

łańcuchach. Ich stosunek w warstwie będzie

zależał od:



proporcji w roztworze



długości łańcucha alkilowego



rozpuszczalności tioli w użytym rozpuszczalniku



właściwości grup z łańcucha

Prowadzi to do wniosku, iż stosunek w

warstwie nie zawsze będzie równy

stosunkowi tioli w roztworze.

np.:

HS(CH

2

)

15

CH

3

i HS(CH

2

)

16

OH

METODY NAKŁADANIA

METODY NAKŁADANIA

WARSTWY

WARSTWY

SPOSÓB GRADIENTOWY

SPOSÓB GRADIENTOWY

wykorzystuje dyfuzje dwóch tioli (o różnych
łańcuchach) w warstwie żelu
polisacharydowego, pokrywającej złoto,
nasiąkniętej etanolem.
Etanolowe roztwory tioli wstrzykuje się z
dwóch przeciwnych stron powierzchni złota.
Żel powoduje że dyfuzja następuje
wystarczająco wolno, by utworzyła się
kilkumilimetrowa warstwa.

MODYFIKACJA

MODYFIKACJA

ŚWIATŁEM UV

ŚWIATŁEM UV

Metoda ta pozwala

na uzyskanie

warstwy o

modyfikacji

łańcuchów, którą

można kontrolować z

mikorometrową

dokładnością, dzięki

czemu możliwe jest

uzyskanie

pożądanego wzoru.

WZROST WARSTWY

WZROST WARSTWY

1. Powierzchnia złota została wystawiona na

działanie gazowego merkaptoheksanolu.

2. Pod wpływem działania 350 L (Langmuir)

merkaptoheksanol zagnieżdża się na
powierzchni w postaci pasiastych wysepek.

3. Ekspozycja na 600 L powoduje rozrost

powstałych wysepek i zarodkowanie nowych.
Uzyskuje to kształt rybiego szkieletu,
wywołanego m.in. migracją poprzeczną.
Defekty w podłożu ujawniają się w postaci luk
na głębokość atomu złota.

4. Wystawienie na 1000 L daje niejednorodne

zarodkowanie i wzrost kolejnej warstwy.

5. Po ekspozycji na kilka tysięcy L druga powłoka

ulega wysyceniu i samorzutny wzrost kończy
się.

STRUKTURA WARSTWY

STRUKTURA WARSTWY

Skaningowa mikroskopia tunelowa
pozwoliła na lepsze obserwowanie
powstałej warstwy, co dało w rezultacie
dowód na istnienie kilku różnych
wzorów w obrębie tej samej powłoki.

Okazało się, iż w temperaturze
pokojowej układ posiada pewną ilość
stabilnych konformacji. Wnioskować
można zatem, że energia chemisorpcji
równoważy oddziaływania między
cząsteczkami.

WYKORZYSTANIE

WYKORZYSTANIE



Badanie i identyfikacja białek



Ekstrakcja niklu, platyny, palladu ze
zużytych katalizatorów samochodowych



W przetwornikach i różnych czujnikach



Powłoki ochronne (przeciw korozji,
utlenianiu się itd.)



Powłoki przewodzące



Powłoki zmniejszające tarcie

NAJNOWSZE

NAJNOWSZE

BADANIA

BADANIA

Jedną z bardzo

obiecujących nowych

metod analiz jest

wykorzystanie powierzchni

pokrytych wysoce

selektywnymi cząstkami,

np. ss-DNA. Nie jest ona

jeszcze do końca

dopracowana, ale wiadomo

że zrewolucjonizuje

diagnostykę chorób,

toksykologię, medycynę

sądową, procesy

przemysłowe i monitoring

środowiska.

WADY METODY

WADY METODY



Ograniczona ilość możliwych do użycia

podłoży



Ograniczona ilość grup „kotwiczących”



Ograniczona rozpuszczalność cząsteczek

organicznych



Duże, rozgałęzione cząsteczki powodują

powstawanie różnych defektów

monowarstwy



Ograniczona odporność na temperaturę i

utlenianie

BIBLIOGRAFIA

BIBLIOGRAFIA



http://www.cstl.nist.gov/div836/836.04/SAMS/



http://www.ifm.liu.se/applphys/ftir/ftir.shtml



http://www.zurich.ibm.com/~bmi/sam.html



Technical Bulletin of DOJINDO MOLECULAR

TECHNOLOGIES, INC.

http://www.dojindo.com/newimages/SAMBrochure.pdf



Applications of self-assembled monolayers in
materials chemistry

NIRMALYA K CHAKI, M ASLAM,

JADAB SHARMA and K VIJAYAMOHANAN,

Physical and

Materials Chemistry Division, National Chemical Laboratory,Pune 411

008, India